Исследовательская группа выявила структурные вариации в геномах и разработала методы идентификации генов, связанных с желаемыми признаками, такими как вкусовые качества и устойчивость к болезням и холоду, которые могут помочь в разработке будущих программ селекции яблони.
Статья с описанием исследования, проведенного международной группой, в которую входят биологи из Университета штата Пенсильвания, была опубликована в журнале Nature Genetics.
«В роде Malus насчитывается около 35 видов, но, несмотря на важность яблони как плодовой культуры, до сих пор не проводилось обширных исследований того, как эволюционировали геномы этой группы», - говорит Хонг Ма, заведующий кафедрой репродуктивного развития и эволюции растений и профессор биологии в Научном колледже Эберли в Университете штата Пенсильвания, а также автор статьи.
«В этом исследовании нам удалось глубоко изучить геномы Malus, создать генеалогическое древо яблони, задокументировать такие события, как дупликации всего генома и гибридизации между видами, а также найти области генома, связанные с определенными признаками, такими как устойчивость к парше яблони», - сообщил он.
Команда недавно секвенировала и собрала геномы 30 членов рода, включая одомашненный сорт яблони Голден Делишес. Из 30 видов 20 являются диплоидными, то есть имеют две копии каждой хромосомы, как у людей, и 10 являются полиплоидными, имеющими три или четыре копии каждой хромосомы, вероятно, из-за относительно недавней гибридизации диплоидных и других родственников в Malus.
Сравнив последовательность почти 1000 генов каждого вида, исследователи построили генеалогическое древо рода, а затем с помощью биогеографического анализа проследили его происхождение примерно до 56 миллионов лет назад в Азии.
«Эволюционная история рода довольно сложна, с многочисленными примерами гибридизации между видами и общим событием дупликации всего генома, что затрудняет сравнения. Наличие высококачественных геномов для такого большого количества видов в роде и понимание взаимоотношений между ними позволило нам глубже понять, как эволюционировал род», - сказал Хонг Ма.
Для дальнейшего анализа истории и эволюции геномов Malus команда исследовала 30 секвенированных геномов в аналитическом подходе, называемом пангеномикой. Этот подход включал всестороннее сравнение как общих, или консервативных, генов, так и других последовательностей, таких как транспозоны - иногда называемые прыгающими генами за их способность перемещаться в геноме - по всем 30 геномам, а также генов, которые присутствуют только в подмножествах геномов.
Пангеномный анализ объединяет геномную информацию из близкородственной группы для понимания эволюционной консервации и дивергенций, и его значительно облегчил инструмент пангеномного графика.
Эволюционный ландшафт Malus на основе филогеномики. Источник: NatureGenetics (2025). DOI: 10.1038/s41588-025-02166-6
«Использование пангенома 30 видов оказалось эффективным для обнаружения структурных вариаций, а также дупликаций и перестроек генов среди видов, которые могли быть упущены при сравнении всего нескольких геномов. В этом случае один из обнаруженных структурных вариантов позволил нам точно определить сегмент генома, связанный с устойчивостью к парше яблони — грибному заболеванию, которое поражает культуру по всему миру», - сказал Хонг Ма.
Команда также разработала инструмент для анализа пангенома, чтобы помочь найти доказательства селективных зачисток, процесса, в котором полезная черта быстро увеличивается в частоте в популяции. Используя этот метод, они идентифицировали область генома, отвечающую за устойчивость к холоду и болезням у диких видов Malus, которая также может быть связана с неприятным вкусом фруктов.
«Возможно, что в попытках получить самые вкусные фрукты произошло непреднамеренное снижение морозостойкости одомашненных яблок. Понимание структурных вариаций в геномах Malus, взаимосвязей между видами и истории их гибридизации с использованием пангеномного анализа может помочь направить будущие селекционные усилия так, чтобы полезные черты для хорошего вкуса и устойчивости к болезням могли быть сохранены в яблоне», - заключил исследователь.
Источник: Pennsylvania State University. Автор: Сэм Шолтис.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.
