Европейская и американская кукуруза: одинаковая, но разная

Геном кукурузы рассказывает интригующую историю об одомашнивании кукурузы, когда примерно 10000 лет назад коренные американцы начали одомашнивать кукурузу в современной Мексике и создали основу для одного из самых важных на сегодняшний день источников пищи как для людей, так и для скота. После открытия Колумбом «нового мира» кукуруза была завезена из Америки в Европу. Культура адаптировалась к новым режимам выращивания и климата благодаря целенаправленной селекции и, наконец, распространилась по всему миру. Из-за своей истории сегодняшние линии кукурузы не только отличаются по внешнему виду, их геном содержит много различий (наличие и отсутствие генов, а также структурные различия). В 2009 году исследователи расшифровали геном североамериканского образца кукурузы «B73». Эта эталонная последовательность, однако, охватывает только небольшую часть глобального генома кукурузы (пангенома) и имеет ограниченное применение в качестве эталона для европейских линий. Чтобы улучшить размножение кукурузы и адаптировать ее к изменению климата, необходимы фундаментальные исследования генома других линий кукурузы. Немецким исследователям сейчас удалось расшифровать геном европейской кукурузы. Они проанализировали четыре разные линии кукурузы в Европе, используя современные технологии секвенирования и подходы биоинформатики. По сравнению с двумя линиями из Северной Америки, они обнаружили существенные различия в генетическом содержании и структуре генома этих линий. В этих линиях кукурузы существенно различаются области конденсированного хроматина в ДНК кукурузы, которые влияют на соседние гены. Там, где области конденсированного хроматина в ДНК имеют тенденцию быть более выраженными, окружающие гены не могут быть прочитаны. Это приводит к потере генетической функции. «Мы предполагаем, что различия в содержании генов, регуляции генов и влиянии областей конденсированного хроматина в ДНК могут вызвать эффект гетерозиса», - говорит профессор Клаус Майер, геномист из Helmholtz Zentrum München (Ассоциации исследовательских центров Германии имени Гельмгольца) и почетный профессор Школы наук о жизни TUM в Техническом университете Мюнхена. Гетерозис возникает, когда потомки гибридов значительно крупнее и дают более высокую урожайность, чем их родители. Если конкретные гены родительского поколения, например, те, которые определяют высоту растения кукурузы, не присутствуют в определенном регионе или не могут быть прочитаны, это также повлияет на рост потомства. Благодаря скрещиванию с растением, которое содержит необходимый генетический фактор, дефект может быть компенсирован в следующем поколении. «Это приводит к более крупным растениям с высокой урожайностью - без родительских признаков, демонстрирующих эти характеристики. В некоторых скрещиваниях этот эффект может даже привести к удвоению урожайности. Хотя это использовалось в селекции в течение длительного времени, генетическая и молекулярная основа гетерозиса еще не до конца понятна», - говорит профессор Крис-Каролин Шон, профессор селекции растений в TUM. «На следующем этапе мы проверим нашу гипотезу. С этой целью мы не только проанализируем геномы различных линий кукурузы, но и сосредоточимся на потенциальных эпигенетических процессах, которые могут повлиять на функциональность определенных генов», - добавляет Клаус Майер. Если гипотеза исследователей окажется верной, гетерозис будут применять намного эффективнее в будущем для селекции урожайной и устойчивой к климату кукурузы. Исследование было проведено Helmholtz Zentrum München, кафедрой геномики и системной биологии геномов растений, в сотрудничестве с Школой естественных наук TUM, Институтом генетики растений и исследований растений (IPK), Боннским университетом и KWS SAAT SE. Финансирование выделено от Федерального министерства образования и исследований Германии (BMBF) и Баварского государственного министерства охраны окружающей среды и защиты прав потребителей. (Источник: www.eurekalert.org).