"Открытие ученых: Геном циссуса четырехугольного раскрывает секреты устойчивости к засухе и механизмы фотосинтеза"

Есть такое растение, циссус четырехугольный (Cissus quadrangularis), прекрасно известное своей раскидистой порослью. Оно произрастает в тропических и субтропических регионах Индии, Шри-Ланки, Малайзии, Явы и Африки, где население использует его в медицинских целях. В более холодных местах циссусы становятся предметом домашнего цветоводства.

Одной из примечательных черт циссуса четырехугольного, который является тетраплоидом из семейства виноградных Vitaceae, является его устойчивость к засухе.

Интересно, что листья и стебли этого растения по-разному реагируют на дефицит влаги. В естественной пустынной среде листья появляются только на новых стеблях во время дождливого сезона и опадают в сухие периоды. В засушливом климате остаются только сочные стебли.

Совместные усилия исследователей из разных стран привели к опубликованию статьи в журнале Horticultural Research, где представлен подробный анализ генома циссуса четырехугольного. Этот анализ раскрывает его выдающуюся устойчивость к засухе и особые механизмы фотосинтеза.

При тщательном изучении генома циссуса четырехугольного было выявлено много генетических адаптаций, которые позволяют растению процветать в пустынях и даже в квартирах, где его владельцы часто забывают поливать.

Метаболизм крассуловой кислоты (САМ) – это водосберегающий путь фотосинтеза, который развился конвергентно у разных растений, включая циссусы. Этот путь в основном активируется в стеблях и способствует эволюции механизмов, давших циссусам преимущество перед засухой – это подтверждают результаты исследований, опубликованных в Horticultural Research.

Ученые собрали высококачественный геном циссуса четырехугольного общим размером 679,2 МБ и поделили его на два субгенома.

Анализ аннотаций генома выявил 51 857 генов, кодирующих белки, а примерно 47,75% генома представляли повторяющиеся последовательности. Соотношение экспрессии генов в двух субгеномах показало, что субгеном А играет важную роль в устойчивости к засухе.

Исследование дивергенции генома указывает на то, что событие тетраплоидизации произошло примерно 8,9 миллионов лет назад. Результаты транскриптомного анализа показали, что пути метаболизма кутина, суберина и воска усиливаются в стеблях во время засушливых испытаний, что свидетельствует о важной роли этих генов в приспособлении к засухе.

Полиплоидизация распространена как среди животных, так и среди растений. Она способствует разнообразию видов благодаря эволюционным изменениям, вызванным перестройкой хромосом. У тетраплоидных растений, включая циссусы, каждая хромосома представлена четырьмя копиями.

Ранее наличие множества однотипных хромосом представляло сложность при сборке генома полиплоидных видов. Однако с использованием технологии секвенирования ДНК, такой как PacBio, сегодня разрабатывается сборка геномов многих полиплоидных видов.

Полиплоидизация также связана с агрономическими характеристиками многих сельскохозяйственных культур, таких как улучшение качества волокна и толерантность к стрессу у хлопчатника, повышение масличности у некоторых типов рапса, устойчивость к болезням у клубники и другие.

Исследователи уверены, что результаты, полученные из генома циссуса четырехугольного, приведут к революции в селекции сельскохозяйственных культур. Благодаря интеграции механизмов CAM и генов, ответственных за устойчивость к засухе, сельскохозяйственный сектор сможет создать более устойчивые к засухе сорта и обеспечить продовольственную безопасность в сухом климате