Междисциплинарная исследовательская группа под руководством Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн разработала первый пангеном для соевой цистообразующей нематоды (англ. soybean cyst nematode (SCN)).
«Пангеном SCN позволяет нам проводить популяционно-генетический анализ нематод, чтобы понять, как они преодолевают устойчивость», — сказал Мэтт Хадсон, профессор кафедры растениеводства Колледжа сельскохозяйственных, потребительских и экологических наук Иллинойского университета и старший автор исследования, опубликованного в журнале BMC Genomics.
Хадсон добавил, что пангеном также может помочь в разработке технологий для удобного определения того, сою с каким типом устойчивости следует высаживать в данном районе, и, возможно, в будущем поможет разработать новые инструменты для уничтожения наиболее вирулентных типов нематод SCN до того, как они нанесут ущерб.
Но сначала давайте разберемся, что же такое пангеном?
«Это современный подход, который ученые используют для каталогизации генетического разнообразия вида. На протяжении десятилетий стандартной практикой было выбрать один экземпляр и считать его эталоном. Но представьте себе, что вы выбираете одного человека, чтобы он представлял все генетическое разнообразие человеческого вида; это было бы невозможно. Поэтому и нужен пангеном», — поясняет Лукас Борхес дос Сантос, аспирант программы информатики в Иллинойсе.
Хадсон и его коллеги возглавляют связанный с этим проект по изучению пангенома сои, охватывающий более 400 отдельных растений и результатом которого стали многочисленные публикации, описывающие геномное разнообразие этой культуры. Но собрать пангеном соевой цистообразующей нематоды — или даже высококачественный геном от одной нематоды — оказалось гораздо более сложной задачей.
«Одна из проблем с SCN заключается в том, что они либо живут в корнях сои, либо плавают в почве, либо находятся в стадии яйца. Извлечь ДНК из взрослых особей сложно, поэтому мы обычно пробуем работать с яйцами. Но из-за своей твердой оболочки они похожи на маленькие консервные банки в почве. Это позволяет им выживать десятилетиями, но делает извлечение ДНК очень сложным», — сказал Хадсон.
Раньше исследователям приходилось лиофилизировать яйца, а затем измельчать их в порошок, но это экстремальное механическое воздействие разрушало ДНК на фрагменты, слишком мелкие для использования в высококачественной сборке генома. Несколько лет назад соавтор Ким Уолден из Биотехнологического центра Роя Дж. Карвера в Иллинойсе разработала смесь ферментов, позволяющую мягко растворять скорлупу, сохраняя при этом целостность ДНК, — это и есть тот самый прорыв, который сделал возможным создание пангенома.
Классический тест на вирулентность нематоды SCN, тест HG-типа, включает заражение семи сортов сои нематодами и измерение их репродуктивной способности. Если SCN способна развивать самок на сое сортов 2, 5 и 7, то её HG-тип равен 2.5.7. Для создания полного пангенома Боржес дос Сантос собрал и объединил геномы девяти популяций SCN, каждая из которых включала несколько тысяч особей и представляла весь спектр HG-типов.
Ключевым открытием, сделанным при изучении пангенома SCN, является его невероятное разнообразие.
«Если посмотреть на различия в ДНК между людьми и шимпанзе, то некоторые окажутся людьми, а другие — шимпанзе. Типы HG очень сильно отличаются друг от друга, и многие гены специфичны для каждой популяции. Они очень, очень разнообразны», — сказал Хадсон.
Именно это разнообразие затрудняет выявление устойчивой резистентности сои. Когда популяция нематоды SCN сталкивается с устойчивой соей, ранние поколения могут пострадать, но последующие поколения могут использовать свой обширный геном для активации генов вирулентности, которые все еще работают. Но не все потеряно для сои. Боржес дос Сантос говорит, что пангеном позволяет глубже понять гены и белки вирулентности SCN, создавая основу для потенциальных механизмов борьбы.
«Мы изучаем способы изменения самих популяций нематод. Например, в случае с малярийными комарами, ученые могут вывести и выпустить самцов-стерилизованных комаров, которые снижают размножение и распространение болезни. У нас есть грант от Ассоциации производителей сои штата Иллинойс для работы с нематодами, вызывающими спонтанную нематопатию», — сказал Хадсон.
Хотя сборка пангенома пока не приведет к изменениям в сельском хозяйстве, это достижение является хорошей новостью для производителей сои.
«Соевая цистообразующая нематода остается самым опасным вредителем сои в США, ежегодно обходясь фермерам более чем в миллиард долларов. Новый пангеном, наконец, дает исследователям и селекционерам полную картину генетического разнообразия и адаптивности SCN, что позволит нам глубже понять проблему и опережать этого вредителя», — сказала Стефани Портер, агроном по связям с общественностью Иллинойской ассоциации производителей сои (ISA). «Это исследование укрепляет основу для разработки более устойчивых сортов и напрямую соответствует обязательствам ISA по защите урожая сои в Иллинойсе», добавила она.
Источник: University of Illinois at Urbana-Champaign.
На заглавном графике вы видите синтеническую карту ортологичных регионов в девяти геномах SCN. Хромосомы упорядочены и раскрашены таким образом, чтобы максимизировать карту с референсным геномом (TN10). Инвертированные хромосомы обозначены черным кругом. Крупные структурные инверсии выделены зеленым цветом. Источник: BMC Genomics (2026). DOI: 10.1186/s12864-025-12493-x
