Генетики проследили эволюцию рода яблонь за почти 60 миллионов лет
Новое сравнение и анализ геномов видов рода Malus, включающего культурную яблоню и ее диких родственников, позволили проследить эволюционные взаимосвязи между видами и понять, как их геномы развивались на протяжении почти 60 миллионов лет.
Ученые выявили структурные различия между геномами и разработали методы поиска генов, связанных с желаемыми признаками, такими как вкус, устойчивость к болезням и холоду. Эти данные, опубликованные в Nature Genetics, будут полезны для будущей работы по селекции яблонь.
«Род Malus включает около 35 видов, но, несмотря на важность яблонь как сельскохозяйственной культуры, эволюция этой группы изучена недостаточно. Мы детально исследовали геномы Malus, построили генеалогическое древо рода, зафиксировали события, такие как дупликации всего генома и гибридизации между видами, а также обнаружили участки генома, связанные с конкретными признаками, например, устойчивостью к парше», — рассказал профессор биологии Хонг Ма из Колледжа Эберли в Университете штата Пенсильвания.
Команда секвенировала и собрала геномы 30 представителей рода, включая культурный сорт Голден Делишес. Из них 20 видов — диплоидные (два набора хромосом, как у человека), а 10 — полиплоидные (три или четыре набора хромосом), что связано, скорее всего, с недавней гибридизацией диплоидных и других родственных яблонь. Сравнив последовательности почти 1000 генов каждого вида, исследователи построили генеалогическое древо рода и с помощью биогеографического анализа установили его происхождение — из Азии примерно 56 миллионов лет назад.
«Эволюционная история рода очень сложна: многочисленные случаи гибридизации между видами и общее событие дупликации всего генома затрудняют сравнения, — пояснил Ма. — Высококачественные геномы большого числа видов и понимание их взаимосвязей позволили нам глубже изучить эволюцию рода».
Для дальнейшего анализа истории и эволюции геномов Malus команда применила пангеномный подход, сравнив как общие (консервативные) гены и последовательности, такие как транспозоны («прыгающие гены»), так и гены, присутствующие только у некоторых видов. Этот метод помог выявить структурные вариации, дупликации и перестройки генов, которые могли быть упущены при сравнении лишь нескольких геномов.
«Использование пангенома 30 видов позволило выявить структурные вариации, в том числе участок генома, связанный с устойчивостью к парше — грибковому заболеванию, поражающему яблони по всему миру», — поделился Ма.
Кроме того, разработан инструмент для поиска свидетельств селективного отбора — процесса, при котором полезный признак быстро распространяется в популяции. С его помощью удалось идентифицировать участок генома, отвечающий за устойчивость диких яблонь к холоду и болезням, но, возможно, связанный с неприятным вкусом плодов.
«Возможно, в погоне за вкусом селекционеры непреднамеренно снизили устойчивость культурных яблонь, — предположил Ма. — Понимание структурных вариаций геномов Malus, взаимосвязей между видами и их истории гибридизации с помощью пангеномного анализа может помочь в будущей селекции, позволяя сочетать вкусовые качества и устойчивость к болезням».
