Відбитки часу в ДНК розкрили історію походження полуниці

Джерело: ScienceDaily

Багато найважливіших культур світу мають дуже складні геноми. Вчені знайшли спосіб розібратися в них і зробили це на прикладі полуниці.

Важливі сільськогосподарські культури утворилися внаслідок повторюваних циклів подвоєння та злиття ДНК різних рослин. Такі геноми називають поліплоїдними – вони містять кілька наборів хромосом, успадкованих від різних предків. Точно визначити, як саме збирався цей генетичний “конструктор”, неймовірно складно, особливо коли початкові дикі види давно вимерли.

Нове дослідження, опубліковане в журналі Horticulture Research, пропонує проривний підхід. Вчені розробили біоінформаційну програму, яка розплутує ці еволюційні вузли без потреби опиратись на види-предки.

Чому поліплоїдні геноми – це загадка для вчених

Коли рослини еволюціонують, вони часто об’єднують свої геноми. Групи хромосом від різних предків (субгеноми) продовжують жити, взаємодіяти та змінюватися разом в одному новому організмі.

Раніше, щоб зрозуміти історію виду, вчені порівнювали його з відомими дикими предками. Але якщо предок зник – то справа заходила в глухий кут.

Вчені вирішили звернутись до ретротранспозонів (тип мобільної ДНК, або “стрибаючі гени”). Вони накопичуються в хромосомах за певними закономірностями, зберігаючи молекулярні докази минулого. Досі у вчених просто не було надійного інструменту, щоб перетворити ці патерни на чітку карту еволюції.

Як працює новий метод?

Нова програма відстежує історію геному через життя предків до їхнього розходження, окрему еволюцію кожного виду, період після злиття їхніх геномів.

Аналізуючи “стрибаючі гени”, які активно розмножувалися під час розходження видів, програма будує так звану “матрицю серійної подібності”. Цей алгоритм виявляє унікальні генетичні підписи та групує хромосоми за епохами. Простіше кажучи, ці елементи ДНК працюють як вбудовані еволюційні відбитки часу.

Перевірка на полуниці, бавовні та теффі

Систему протестували на вже добре вивчених культурах – бавовні та злаку тефф, а також на штучно створених комп’ютерних геномах. Програма безпомилково розрізнила субгеноми та розділила події, що відбувалися до і після їхнього злиття.

Потім метод застосували до культивованої садової полуниці, яка є октоплоїдом (має 8 наборів хромосом). Як результат – програма чітко виділила чотири різні субгеноми та зафіксувала три послідовні хвилі злиття геномів, які відбулися 3.1–4.2 млн років тому, 1.9–3.1 млн років тому та 0.8–1.9 млн років тому.

Аналіз підтвердив близькість двох субгеномів до диких видів Fragaria vesca та Fragaria iinumae, але водночас спростував попередні теорії, які припускали наявність інших відомих вченим предків. Це також доводить, що частина пращурів сучасної полуниці вимерла, але залишила свій чіткий слід у її ДНК.

Що це змінює для науки та фермерів?

Потенціал цього відкриття виходить далеко за межі вивчення полуниці. Цукрова тростина, пшениця та багато інших економічно важливих рослин мають схожу заплутану еволюційну історію.

Завдяки новому інструменту вчені зможуть набагато точніше визначати функції конкретних генів та культивувати корисні ознаки рослин. У перспективі це дозволить селекціонерам значно швидше виводити нові вдосконалені сорти сільськогосподарських культур.

Невелика група давніх генетичних регуляторів, які займають менш ніж 0,1% людського геному, може відігравати ключову роль у формуванні мовних здібностей людини. Такого висновку дійшли науковці з Медичного центру Університету Айови.