Сотрудники нескольких научных учреждений России объединились, чтобы исследовать хлоропласты — органеллы растительных клеток, выполняющие функцию фотосинтеза, с собственным набором ДНК. Их изучение может внести значительный вклад в понимание биологии и разнообразия растений, историю одомашнивания и эволюционных взаимоотношений. При этом информации об этой структуре у такой хозяйственно-важной в России культуры как подсолнечник очень мало. Этот пробел и был в некоторой степени восполнен командой ученых из Южного федерального университета (ЮФУ; Ростов-на-Дону), Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР; Санкт-Петербург) и Института проблем передачи информации им. А.А. Харкевича (Москва).

Исследователи провели секвенирование диких многолетних видов подсолнечника из мировой коллекции ВИР им. Н.И. Вавилова, а установленные нуклеотидные последовательности геномов хлоропластов этих видов впервые зарегистрировали во всемирной базе генетических данных — GenBank. Статья опубликована в журнале Gene.

“Геномные данные, полученные в ходе настоящего исследования, являются необходимым ресурсом для дальнейших филогенетических и эволюционных исследований подсолнечника,” — комментирует работу Кирилл Азарин, ведущий научный сотрудник лаборатории “Молекулярной генетики” ЮФУ, первый автор статьи.

По словам Александра Усатова, профессора Южного федерального университета, в силу своей низкой изменчивости как во времени, так и у разных видов, именно хлоропластный геном часто используется для изучения эволюции и прослеживания становления видов растений, Кроме хлоропластов ДНК в растительной клетке содержится также в ядре и в митохондриях. Эти генетические системы крайне важны для функционирования организма и для создания коммерческих гибридов подсолнечника.

Митохондриальная ДНК определяет разные типы цитоплазматической мужской стерильности — наследуемого по материнской линии признака, неспособности растения продуцировать функциональную пыльцу. На ее основе получают гибриды без применения кастрации при опылении их пыльцой, несущей гены восстановления фертильности. Это обеспечивает полноту гибридизации — объединения материнского и отцовского генетического материалов, и получение семян от гибридов, созданных на стерильной основе.

Однако в настоящее время промышленные гибриды подсолнечника создаются только на одном источнике цитоплазматической мужской стерильности. «Генетическое разнообразие может восполнить исследование диких видов подсолнечника и увеличить возможные комбинации генов, которые будут способствовать повышению урожайности за счет эффекта гетерозиса и адаптации к различным условиям окружающей среды,» — рассказывает Вера Гаврилова, главный научный сотрудник отдела генетических ресурсов масличных и прядильных культур ВИР им. Н.И. Вавилова.

Сотрудничество группы авторов в изучении геномов подсолнечника продолжается. Результаты их работы будут способствовать познанию природы генов хозяйственно-ценных признаков и могут быть использованы при планировании генетических экспериментов и в селекции.

Кроме того, к этой работе присоединяются и молодые ученые. Например, в середине февраля научный сотрудник отдела генетики ВИР Юлия Карабицина защитила кандидатскую диссертацию по теме «Генетическое разнообразие линий и наследование признака восстановления фертильности пыльцы подсолнечника (Helianthus annuus L.) при ЦМС-PET

Примечание:

Исследования проводились на семи диких многолетних видах подсолнечника из мировой коллекции ВИР им. Н.И. Вавилова. Установленные нуклеотидные последовательности геномов хлоропластов этих видов: H. tuberosus, H. salicifolius, H. pauciflorus, H. microcephalus, H. hirsutus, H. strumosus и H. grosseserratus впервые опубликованы во всемирной архивной базе генетических данных — GenBank под номерами доступа MT302562, MT302563, MT302564, MT302565, MT302566., MT302567 и MT302568 соответственно.

Больше информации: Kirill Azarin; Alexander Usatov; Maksim Makarenko; Vladimir Khachumov; Vera Gavrilova. Comparative analysis of chloroplast genomes of seven perennial Helianthus species. Gene (2021). DOI: https://doi.org/10.1016/j.gene.2021.145418