Группе ученых из международного проекта, охватывающего университеты Израиля, Германии, Италии, Японии, Канады и США удалось описать структуру и разнообразие генома дикой пшеницы двузернянки, предка современных сельскохозяйственных пшеничных культур.
Они впервые сделали ее полногеномную сборку, описали работу ее генов и нашли локусы, подвергшиеся давлению селекции, в том числе гены, отвечающие за опадание колоссов.
Сборка геномов растений часто бывает затруднена из-за большого размера их геномов и большого числа повторов в них, а также свойственной многим растениям полиплоидии. Дикая двузернянка (Triticum turgidum ssp. dicoccoides) — аллотетраплоид, что означает, что в ядрах ее клеток имеются четыре набора хромосом от двух разных исходных предков (то есть два ее диплоидных набора, или субгенома, не полностью соответствуют друг другу, а пришли из разных источников). Промежуточным звеном между дикой двузернянкой и современной сельскохозяйственной мягкой и твердой пшеницей является одомашненный вид двузернянки.
С помощью методов шотган-секвенирования и данных HiC-анализов ученым удалось впервые с высокой степенью точности собрать геном и реконструировать архитектуру 14 хромосом дикой пшеницы. После этого они провели анализ РНК в двадцати разных ее тканях и описали около 65 тысяч генов в новой сборке, после чего методами сравнительной геномики подтвердили, что это, скорее всего, действительно работающие гены.
Работа ряда генов двузернянки, как выяснилось, несколько отличается в двух ее субгеномах. Соответствующие белки, в основном, подвержены фосфорилированию и участвуют в глобальных метаболических процессах, из чего ученые сделали вывод, что субгеномная регуляция экспрессии генов может быть способом адаптации разных сортов пшеницы к разным условиям.
Ученым удалось, в частности, выявить гены, отвечающие за опадание колоса. У дикой пшеницы при созревании колос опадает, а у одомашненной — нет, и это является существенным преимуществом при сборе урожая. Именно эта особенность легла в основу зернового сельского хозяйства еще на заре его возникновения в эпоху неолита, и стала своего рода его революционным прорывом. Геном оказалсяTtBtr1, гомолог соответствующего гена Btr1 у ячменя.
Он представлен в обоих субгеномах копиями TtBtr1-A и TtBtr1-B, и нарушение работы этих копий ведет к потере способности созревшего колоса к опаданию. Чтобы исследовать работу этих генов подробнее, ученые получили отдельные сорта пшеницы с нарушенной копией TtBtr1-A или TtBtr1-B, и колосы таких сортов продемонстрировали промежуточные характеристики — они опадали, но лишь частично. У всех одомашненных сортов пшеницы обе копии этого гена были нарушены.
