Масличные культуры имеют решающее значение для питания человека и промышленности из-за их способности производить и хранить большие объемы масла в семенах. Поскольку глобальный спрос на растительные масла неуклонно растет, существует острая необходимость в обнаружении новых высокоурожайных масличных растений и улучшении производства масла существующими культурами. Решение этих проблем требует глубокого понимания генетических механизмов, лежащих в основе биосинтеза масла.
Исследователи из Университета Ланьчжоу, Педагогического университета Шаньси и других учреждений опубликовали в журнале Horticulture Research статью, в которой они изучили роль дупликаций полного генома (Whole genome duplications - WGD) в биосинтезе масла в различных масличных культурах, проанализировав геном Elaeagnus mollis. Это листопадный и неприхотливый кустарник с опушенными серебристо-зелеными листьями и плодами, похожими на оливки.
Полногеномные дупликации (WGD), также известные как полиплоидия, подразумевают удвоение всего генома организма. Эти события давно признаны основными драйверами генетических изменений, потенциально приводящими к значительным эволюционным и экологическим последствиям.
Например, считается, что WGD сыграли решающую роль в ключевых эволюционных инновациях, таких как появление цветов у покрытосеменных растений и развитие глюкозинолатов в семействе крестоцветных. Однако конкретный вклад WGD в биосинтез масла в масличных культурах остается неопределенным. В этом исследовании ученые провели всесторонний анализ этой проблемы, собрав высококачественный геном Elaeagnus mollis Diels (Elaeagnaceae), масличной культуры, чтобы исследовать происхождение генов, связанных с биосинтезом масла, полученных в результате WGD. Затем они изучили общее влияние WGD на гены, связанные с биосинтезом масла в других основных масличных культурах.
Исследование дает ключевое понимание того, как WGD управляют эволюцией генов биосинтеза масла, значительно повышая производительность масличных культур.
Команда собрала полный геном Elaeagnus mollis, выявив два древних события WGD, которые расширили генетический инструментарий для биосинтеза масла. Примечательно, что 74% генов, участвующих в производстве масла, оказались дубликатами, полученными из WGD. Эта закономерность была одинаковой и для других основных масличных культур, таких как рапс и подсолнечник, что подчеркивает решающую роль WGD в путях биосинтеза масла.
Напротив, немасличные растения показали ограниченный вклад от WGD, полагаясь больше на другие методы дупликации генов. Результаты подчеркивают уникальное эволюционное преимущество, которое WGD дают масличным культурам, способствуя более высокому содержанию масла и специализированным путям, которые поддерживают их адаптацию и производительность.
«WGD являются важнейшими факторами генетического разнообразия и инноваций, особенно в биосинтезе масел. Наше исследование демонстрирует, как эти дупликации неоднократно формировали пути биосинтеза масла в различных культурах, открывая новые возможности для стратегий селекции и улучшения культур с целью повышения урожайности масла», - сказал доктор Шэндань Ву, старший автор исследования.
«Эти знания могут направлять будущие программы селекции, направленные на увеличение содержания масла, помогая удовлетворить растущий мировой спрос на растительные масла. Более того, понимание этих генетических процессов может помочь в повышении устойчивости и адаптивности сельскохозяйственных культур перед лицом меняющихся сельскохозяйственных проблем», заключил ученый.
Источник: Lanzhou University. Фото из открытых источников.
