23 ноября 2023, 12:00

В геноме борщевика оказалось вдвое больше генов, чем в среднем у других растений

Борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi) — инвазивное растение, широко распространившееся за пределы своей естественной среды обитания на Северном Кавказе и представляющее серьезную угрозу для экосистем и человеческого здоровья. После Второй мировой войны растение считалось перспективной кормовой культурой и активно выращивалось на полях на северо-западе Европейской России, откуда и начало распространяться. Борщевик быстро растет и захватывает большие площади, подавляя местную флору. Это может приводить к снижению биоразнообразия и вытеснению других видов. Более того, сок растения содержит природные токсины, повышающие чувствительность организма (чаще кожи и слизистых оболочек) к воздействию ультрафиолета. Именно из-за них физический контакт с борщевиком может вызывать ожоги и раздражение на коже человека.

В геноме борщевика оказалось вдвое больше генов, чем в среднем у других растений
Соавторы работы: Денис Омельченко, Анна Клепикова, Михаил Щелкунов, Мария Логачёва, Алексей Пенин
Источник: Софья Прокопчук

Ученые из Сколковского института науки и технологии (Москва) и Института проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН (Москва) исследовали полный геном борщевика Сосновского, собрав его до уровня хромосом. С помощью секвенатора — прибора для прочтения ДНК — авторы получили данные о геноме борщевика, после чего разметили в полученной последовательности отдельные гены. Их оказалось неожиданно много. Тогда как у большинства растений насчитывается от 25 до 35 тысяч генов, в геноме борщевика их обнаружено более 55 тысяч. Ученые выдвинули несколько гипотез, которые объясняли бы это явление, проверили их и выяснили, что причиной такого большого числа генов стали их многочисленные удвоения (дупликации) — это означает, что у многих генов есть несколько дополнительных копий.

«Это достаточно необычное явление. Для растений гораздо более характерны полногеномные дупликации, когда число копий кратно увеличивается у всех участков генома, а не у отдельных сегментов. Многие из генных семейств, в которых произошло резкое увеличение числа генов у борщевика, связаны с синтезом вторичных метаболитов, в том числе линейных фуранокумаринов (псоралена и его производных). Это именно те вещества, которые придают борщевику его опасные свойства», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Мария Логачёва, сотрудник Сколковского института науки и технологии.

Авторы также детально проанализировали гены, которые могут участвовать в синтезе токсинов, вызывающих ожоги на свету. Авторы экспериментально выяснили функцию одного из генов: преобразование мармезина в псорален. 

Результаты исследования будут полезны в медицине и фармакологии. Знание геномных особенностей борщевика Сосновского позволит определить и изучить уникальные биоактивные молекулы, которые могут использоваться в создании новых лекарственных препаратов и терапевтических подходов для лечения кожных заболеваний. Также они могут помочь в разработке методов биологического контроля и проведения мониторинга этого опасного инвазивного вида.  

«Мы планируем развивать работу с геномом борщевика. В том числе будем исследовать генетическое разнообразие этого вида в исходном и "захваченном" ареалах. Мы собираем и анализируем образцы со всей России — от Калининграда до Дальнего Востока. Это позволит понять закономерности и стратегии распространения борщевика, а также выяснить, как соотносятся между собой борщевик Сосновского и близкие виды, в частности, активно распространяющийся в Западной Европе борщевик Мантегацци», — подводит итог Мария Логачёва.

Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в PlantJournal.

Источник:  Пресс-служба РНФ

Публикации из новости

Читайте также

Изучены ключевые микробные сообщества для производства вин типа херес
Виноделы работают с огромным разнообразием микроорганизмов (дрожжей и бактерий), которые играют важную роль в технологии изготовления вин, влияя на их качество и безопасность. Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН исследовали совместный геном (метагеном) дрожжей и других микроорганизмов, которые были обнаружены в дрожжевой пленке при изготовлении российских хересных вин, чтобы проверить стабильность производственных штаммов дрожжей.
Генетика
Геномика
Микробиология
31 октября 2023
Анализ распространения растения Воронец помог изучению широколиственных лесов
Ученые выяснили, что широколиственные леса в Северном полушарии могли распространиться примерно 43 миллиона лет назад и стать более разнообразными около 27–15 и 5 миллионов лет назад. Такие изменения связаны с ухудшением климата в течение этих четырех периодов. К такому выводу авторы пришли, проанализировав генетическую историю и процесс распространения по земному шару воронца — многолетнего травянистого растения. Этот род растет только в широколиственных лесах и не встречается в других местообитаниях, поэтому его эволюция позволяет понять, как формировались целые экосистемы.
Ботаника
Генетика
Эволюционная биология
7 сентября 2023
Геномы злаков содержат скрытый потенциал для адаптации
Ученые из Института молекулярной и клеточной биологии на примере различных видов злаков исследовали количество копий и структуру гена, чрезвычайно важного для процесса правильного деления клеток.
Ботаника
Генетика
Эволюция
25 декабря 2021
Обновлена база моделей характерных последовательностей в ДНК
Международная группа ученых сделала большое обновление HOCOMOCO — базы моделей нуклеотидных последовательностей участков ДНК, связывающих транскрипционные факторы, созданной в 2013 году.
Анализ данных
Генетика
Информатика
19 февраля 2024
Раскрыты особенности структурной и регуляторной эволюции генов человека
Ученые Сеченовского Университета и МФТИ впервые в мире сравнили скорость регуляторной и структурной эволюции отдельных генов, а также целых молекулярных путей, в которые вовлечены продукты многих генов. Исследование открыло ранее неизвестные особенности молекулярной эволюции генов человека, что впоследствии послужит основной для новых разработок, в том числе в поиске путей лечения различных заболеваний.
Генетика
Молекулярная биология
Эволюционная биология
Эволюция
7 февраля 2024
Раскрыто, что некоторые белки помогают вирусам проникнуть в бактериальную клетку
Белки семейства ArdA помогают вирусам проникнуть в бактериальную клетку, приняв образ ее ДНК. Проведя фундаментальные исследования, ученые Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ и НИЦ «Курчатовский институт» показали, что такие белки не только подавляют защиту клеток, но и регулируют целый ряд других клеточных процессов. Результаты исследования заложили основу для будущих прикладных работ в области генной терапии.
Бактериология
Вирусология
Генетика
31 января 2024