Капустные культуры составляют важную часть нашего меню с большими вариациями этого овоща. Тем не менее, цветная капуста, брокколи, брюссельская капуста, красная и белокочанная, остроконечная капуста и кольраби — все это разновидности одного и того же вида Brassica oleracea. Как может быть такое разнообразие в пределах одного вида?
Мало того, вариации существенно выходят за рамки внешнего вида. Содержание, такое как витамины, антиоксиданты и устойчивость к засухе, холоду и болезням, также сильно различается.
Геном, генетическая информация в целом, уже достаточно хорошо известна, но было неясно, как вариации внутри генома связаны с таким разнообразием.
Исследователи из Университета Вагенингена и Китайской академии сельскохозяйственных наук в Пекине объединили усилия, чтобы определить последовательность ДНК 23 разновидностей капусты и проанализировали ее вместе с существующими данными генома.
Изображение: Nature Genetics.
«Мы создали так называемый пангеном: обзор всех различных генов в различных культурах капусты. Затем мы определили, какие гены встречаются в большинстве культур, а какие уникальны для определенного типа культуры», — говорит Гусье Боннема, исследователь селекции растений из Вагенингенского университета и участник международной капустной работы, с китайской стороны возглавляемой исследователем Ченгченгом Цаем.
Результаты оказались неожиданными: только одна треть генов встречается во всех культурах капусты, а половина генов встречается только в части культур и отсутствует в остальных.
«B. oleracea имеет много генов. Цветная капуста, например, имеет около 60 000 генов, тогда как у человека их всего 20 000. Это связано с тем, что около 15 миллионов лет назад геном утроился, в то время как исходного генома уже было достаточно, чтобы позволить растению успешно функционировать. Мы стремимся понять, что послужило причиной появления этой вариации, чтобы мы могли селекционировать и создавать лучшие сорта», — поясняет Боннема.
Более половины генома состоит из транспозонов — небольших участков ДНК, которые «прыгают» внутри генома и, следовательно, могут появляться в любом количестве его мест. Эти транспозоны еще называют «прыгающие гены». Они имеют плохую репутацию у людей из-за того, что вызывают такие заболевания, как гемофилия. Однако у растений они являются важнейшим источником естественных вариаций.
«Мы обнаружили, что транспозоны часто регулируют активность соседних с ними генов, увеличивая или уменьшая уровень активности. Раньше мы искали уникальные определяющие гены, которые определяют, что делает цветную капусту цветной капустой. Теперь мы знаем, что вы должны найти не только гены, но и их операторы. В данном случае транспозоны. Они являются переключателями включения/выключения и регуляторами генов, находящихся поблизости», - поясняет Боннема.
Тот факт, что теперь доступен пангеном (обзор всех различных генов вида), позволяет ученым классифицировать транспозоны и другие вариации в структуре.
«Эти транспозоны управляют деятельностью генов, и не только генов, которые определяют внешний вид различных капустных овощей, но и тех, которые определяют устойчивость, вкус и пищевую ценность, а также устойчивость к климатическим условиям. Например, цветная капуста очень чувствительна к температуре. Понимание процесса, лежащего в основе этой чувствительности, облегчает выведение сортов, менее чувствительных к температуре», — объясняет исследователь.
В заключение, команда проекта заявляет, что достигнут настоящий прорыв в понимании селекции капусты, позволяющий улучшить и упростить создание новых сортов. Исследование опубликовано в журнале Nature Genetics.
Источник: Университет Вагенингена. Фото из открытых источников.
