В ИОГен РАН появилась лаборатория геномики растений
В ИОГен РАН появилась новая научная структура — лаборатория геномики растений. Решение о ее создании единогласно принято на Ученом совете, который состоялся 17 сентября 2024 г.
Как рассказал руководитель лаборатории Алексей Пенин, основной целью коллектива является проведение полного цикла исследований растений, начиная от получения исходных данных и создания алгоритмов для их обработки до экспериментальной проверки выдвинутых гипотез, в том числе с использованием методов геномного редактирования. Для этого в состав создаваемой лаборатории вошли специалисты очень разного профиля, от ботаников до биоинформатиков, от генетиков до биотехнологов.
Руководитель лаборатории выступил с докладом: «Эволюция геномов растений: подходы и перспективы», в котором дал краткий обзор планируемых направлений деятельности. Как известно, геномы растений намного больше по размеру и сложнее устроены, чем геномы животных. Так например, у многих видов общие для всех его представителей гены («коровые» - core - гены), составляют лишь 30-35 % от общего видового разнообразия генов, а большая часть генов присутствует только в ряде индивидуумов. Это следствие высокой пластичности геномов растений. Одно из ярких и наиболее интересных проявлений этой пластичности - полиплоидизация (кратное увеличение числа хромосом). Полиплоидизация – основной источник нового генетического материала в геномах растений, который служит субстратом для последующих эволюционных процессов.
А.А.Пенин рассказал про исследование пастушьей сумки, одного из самых распространенных на планете растений. Пастушья сумка обыкновенная (Capsella bursa-pastoris) образовалась в результате недавней гибридизации двух родительских видов, что обеспечило взрывной рост приспособленности. Это, а также ее близкое родство с модельным объектом генетики растений Arabidopsis thaliana делает ее идеальным объектом для изучения ранних процессов, происходящих в геномах при полиплоидизации. Более общие механизмы эволюции растительных геномов будут исследоваться на примере 16 видов цветковых растений, представляющих все основные таксономические группы. Для этого были разработаны специальные инструменты, основанные на методах машинного обучения, для функционального сравнения генов у разных видов. Основной задачей является понимание как механизмов, определяющих сохранение консервативности функции, так и механизмов, которые обеспечивают появление у генов новых функций.
Другим важным направлением исследований новой лаборатории станет изучение эволюции геномов злаков, в том числе ржи. Эта группа интересна не только тем, что включает в себя хозяйственно ценные виды, изучение которых будет полезно для выведения новых сортов, но и тем, что она прошла через несколько независимых циклов полиплоидизации за последние 20 миллионов лет. Это делает семейство хорошей моделью для изучения последствий полиплоидизации на средних эволюционных дистанциях.
В докладе были упомянуты и другие исследования лаборатории, такие как определение полной последовательности генома борщевика. В ходе этой работы ученые показали, что у борщевика произошло существенное увеличение числа генов, прежде всего из-за тандемных дупликаций. Дальнейшие исследования помогут определить возможные пути распространения этого инвазивного вида. Одни из самых необычных объектов, исследуемых в лаборатории - нефотосинтезирующие растения, такие как петров крест и подъельник. Анализ их геномов позволит понять изменения, происходящие в геноме при потере важнейшего физиологического процесса – фотосинтеза.