http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=e5753bef-3c3f-4133-81ea-da61fe8a05af&print=1© 2024 Российская академия наук
Все мы с нетерпением ждем осени, чтобы, заглянув на рынок, приобрести сказочно вкусный плод гранат, основным производителем которого на постсоветском пространстве остается Азербайджан. А что представляет собой этот фрукт, в котором каждое зерно вобрало себя тепло щедрого южного солнца? Об этом “Поиску” рассказывал директор Института генетических ресурсов Национальной академии наук Азербайджана, член-корреспондент Зейнал АКПЕРОВ.
- Вот уже несколько лет наш институт изучает культуру граната на молекулярном уровне. Работы ведутся по “дорожной карте” научно-исследовательской программы, которую финансирует Президиум НАНА. Гранат выбран как объект исследований потому, что земля Азербайджана - центр происхождения и культивирования этой культуры. Выращиваемые здесь многочисленные сорта граната и получаемые из них продукты давно занимают достойное место на мировом рынке. Гранат - один из национальных символов нашей страны, он присутствует в большинстве азербайджанских легенд, отражен в личных именах и географических названиях.
Первоначально с помощью GPS мы выявили ареал распространения местных сортов народной селекции, затем впервые с использованием технологий молекулярных маркеров изучили генетическое разнообразие 85 сортов плода на основе межмикросателлитных (ISSR) локусов. Полученные результаты на молекулярном уровне подтвердили широкое разнообразие этой культуры и дали возможность определить степень генетического родства изученных сортов. Результаты работ отражены в статье, опубликованной в журнале “Генетика” Российской академии наук.
Кроме того, наш институт провел геномные исследования в рамках пилотного проекта республиканского Фонда развития науки. Для этого была организована лаборатория геномики, которую оснастили секвенатором нового поколения, что позволило более тщательно подходить к анализу неточных, противоречивых данных, а также создавать новые ДНК-маркеры, охватывающие весь геном. По сути, мы получили бόльшие, чем имели ранее, возможности для анализа транскриптома, а также проведения исследований в области филогенетики и экологии. То есть смогли предоставить более точные данные по эволюции этой культуры и ее развитию в течение нескольких тысячелетий.
Базой для таких работ послужили исследования на уровне генома, которые у нас в институте были проведены на злаковых культурах: пшенице, ржи и их диких сородичах. Мы успешно на основе секвенирования (GBS) завершили генотипирование 700 образцов пшеницы и ржи, хранящихся в Национальном генетическом банке Азербайджана. Переход от анализа GBS к более сложному этапу - прочтению всего генома (секвенирование de-novo) - а также анализу транскриптома впервые был осуществлен на культуре граната.
Так, при координации исследований нашего Института генетических ресурсов совместно с учеными Австралии, России, США и Египта впервые в мировой практике был прочитан геном de-novo у сорта граната “Азербайджан гюлейшеси” и созданы транскрипционные (РНК) профили его органов: корня, стеблей (молодых и старых), листьев, цветов и зерен. Впервые геном (ДНК) граната длиною 1,5 миллиарда пар нуклеотидов был полностью расшифрован, выявлены нуклеотидные повторы генома и транскриптома. Также был проведен анализ экспрессии генов, то есть преобразование информации от гена в функциональный продукт (РНК или ДНК), в различных органах.
Насколько это сложная работа? Судите сами: при проведении первичных анализов изучения генома граната были идентифицированы 51 160 генов, входящих в 5485 семейств. Впервые проведен сравнительный анализ белок-кодирующих генов граната с такими культурами, как персик, эвкалипт и виноград, и установлено отличие генома граната от сравниваемых культур по 26 303 генам и 549 семействам генов. В геноме граната выявлены разновидности микросателлитной ДНК и их общее число, установлено, что по всему геному были распределены 23 455 моно-, 47 593 ди-, 15 868 три-, 3202 тетра-, 899 пента-, 648 гекса-микросателлитов. Обнаруженные микросателлиты могут служить маркерами для изучения биоразнообразия граната во всем мире. Дальнейшее исследование с использованием полученных данных о геноме позволит дать точное представление о происхождении этой культуры.
После того как в нашем институте впервые была определена интенсивность экспрессии генов шести органов граната, мы обнаружили бόльшую активность генов тканей корней по сравнению с другими органами. В молодых и сравнительно старых стеблях схожесть интенсивности экспрессии по сравнению с другими органами свидетельствует о достоверности проведенных исследований.
В декабре 2017 года сведения о геноме граната были зарегистрированы в Национальном центре биотехнологической информации Соединенных Штатов Америки (NCBI). Результаты, полученные по геному и транскприптому, были обсуждены совместно с учеными США, России, Австралии и Египта, и началась подготовка статьи о подробностях исследования. В то же время для продолжения исследований граната, сравнительного генотипирования дикого и культурного разнообразия этого фрукта на основе однонуклеотидного полиморфизма как наиболее распространенного, эволюционно стабильного и точного маркера необходима финансовая поддержка этих работ. Для изучения живучести сортов граната, устойчивости к болезням и вредителям, для проведения широкомасштабных исследований по ассоциативному картированию количественных и качественных характеристик этого уникального растения нужны средства соответствующих министерств, международных фондов и бизнес-структур. Сотрудничество с ними имеет решающее значение для стратегических интересов страны.