Новости

Jul 30, 2023

Геном Torreya grandis проливает свет на происхождение и эволюцию голосеменных растений

Том «Природные коммуникации»

Nature Communications, том 14, номер статьи: 1315 (2023) Цитировать эту статью

4055 Доступов

21 Альтметрика

Подробности о метриках

Растения Торрея производят сухие плоды с различными функциями. Здесь мы сообщаем о сборке генома T. grandis на уровне хромосом размером 19 ГБ. Геном формируется за счет древних дупликаций целого генома и повторяющихся всплесков ретротранспозонов LTR. Сравнительный геномный анализ выявляет ключевые гены, участвующие в развитии репродуктивных органов, биосинтезе клеточной стенки и хранении семян. Установлено, что два гена, кодирующие Δ9-элонгазу C18 и Δ5-десатуразу C20, ответственны за биосинтез сциадоновой кислоты, и оба присутствуют в различных линиях растений, за исключением покрытосеменных. Мы показываем, что богатые гистидином блоки Δ5-десатуразы имеют решающее значение для ее каталитической активности. Анализ метилома показывает, что долины метилирования генома семян T. grandis содержат гены, связанные с важной деятельностью семян, включая клеточную стенку и биосинтез липидов. Более того, развитие семян сопровождается изменениями метилирования ДНК, которые, возможно, способствуют выработке энергии. Это исследование предоставляет важные геномные ресурсы и объясняет эволюционный механизм биосинтеза сциадоновой кислоты у наземных растений.

Появление семенных растений, состоящих из покрытосеменных и голосеменных растений, ознаменовало важное событие в эволюции наземных растений и изменении земной среды. Покрытосеменные и голосеменные растения разошлись в Нижнем Миссисипи1, после чего последовала быстрая распространённость цветковых растений, в результате чего на Земле появилось примерно 352 000 существующих видов по сравнению с лишь 1000 видами голосеменных растений. Между покрытосеменными и голосеменными существует разнообразие морфологического/анатомического разнообразия и метаболической универсальности, но лежащие в основе генетические и биохимические механизмы в значительной степени неуловимы2,3.

Torreya grandis, вид голосеменных растений, принадлежащий к небольшому роду семейства тисовых (Taxaceae), представляет собой полезное многоцелевое дерево, дающее древесину, лекарства, съедобные семена и масло4 (рис. 1а). Первое достоверное упоминание о T. grandis как о лекарственном источнике появляется в «Классике Материи Медика» времен Трех Королевств Китая и относится к началу III века нашей эры5. T. grandis — единственный вид Taxaceae со съедобными семенами, которые тысячелетиями использовались в пищу в Китае из-за их уникального вкуса и полезных компонентов5,6. Маслом обогащены семена T. grandis в среднем на 45,80–53,16%7. Сциадоновая кислота (SCA), жирная кислота ω6 без метиленовых прерываний, была обнаружена в качестве одного из основных компонентов жирнокислотного состава ядрового масла7. SCA оказывает положительное влияние на здоровье человека и способствует уменьшению воспаления, снижению уровня триглицеридов, предотвращению образования тромбов и регулированию липидного обмена8,9,10. Продукция SCA была обнаружена в различных линиях голосеменных растений, а также в некоторых водорослях и папоротниках11. Однако SCA обычно отсутствует у цветковых растений, за исключением нескольких низших эвдикотов (например, Ranunculaceae)12, что оставляет загадку его происхождения и эволюции у зеленых растений.

Дерево и фруктовый набор T. grandis. На нижней панели показаны обработанные сухие семена и их съедобная часть (эндосперм). б График Circos генома T. grandis и геномных особенностей, кодируемых хромосомами. Каждый признак рассчитывался на основе окна размером 10 МБ по хромосомам. Цветные звездочки указывают на наличие теломерных последовательностей на 5'- (зеленый) или 3'-конце (оранжевый) хромосомы. c Распределение времени введения LTR-RT. На левой панели показаны все члены семей Gypsy и Copia, а на правой панели показаны шесть наиболее многочисленных подсемейств. d Распределение Ks ортологов среди T. grandis, Sequoiadendron giganteum, Ginkgo biloba и Gnetum montanum. Ks паралогов у T. grandis был сопоставлен с моделью смеси Гуасса и указан предполагаемый древний WGD. e Микроколлинеарность между геномами T. grandis, G. biloba и G. montanum. Исходные данные предоставляются в виде файла исходных данных.