Фотография: eurekalert.org
| Никита Сафонов
Геном ели обыкновенной (Pícea abies) оказался самым большим из всех расшифрованных к настоящему моменту — в семь раз больше генома человека. При этом число функциональных генов ненамного больше, чем у человека.
Ель обыкновенная (другие названия — ель европейская и даже the Christmas Tree, то есть Рождественское дерево) — всем известное хвойное дерево, которое в России растет от северной границы лесов до южной черноземной зоны. В средней полосе России соседствует с сосной обыкновенной и лиственными деревьями, образуя смешанные леса. В Европе же ель широко распространена на северо-востоке, а вот в западных регионах она встречается только в горах: в Альпах, Карпатах и горах Балканского полуострова.
Ель обладает рядом интересных свойств. Так, она нетребовательна к почвам и отличается высокой теневыносливостью. Ель имеет свойство давать новые побеги-клоны из корней отмерших стволов. Возраст самой старой известной ели с учетом клонов достигает 9550 лет. И это не говоря о том, что в промышленности широко используются легкая и мягкая древесина ели и ее кора. Кроме того, в качестве лекарственного сырья используют шишки: они содержат эфирное масло, смолы, дубильные вещества. Настой почек ели оказывает противомикробное, спазмолитическое и десенсибилизирующее действие: так, отвар и настой шишек применяют для лечения заболеваний дыхательных путей и бронхиальной астмы.
Но даже принимая во внимание все эти важные и интересные качества ели, вряд ли ученые могли предположить, что геном этого дерева окажется самым крупным из всех геномов, которые когда-либо были ранее расшифрованы.
Исследование, результаты которого в ночь на четвергопубликованы в престижном журнале Nature, было проведено ботаническим исследовательским центром в шведском городе Умео (UPSC) и лабораторией Науки для жизни в Стокгольме (SciLifeLab). Стоимость проекта составила 70 млн шведских крон ($10,6 млн), что существенно меньше стоимости исследования человеческого генома, составившей 20 млрд крон ($3 млрд).
В общей сложности ученые выявили около 29 000 функциональных генов – больше, чем имеет человек (20 000–25 000 генов по результатам проекта Human Genome Project), и почти столько же, сколько имеет резуховидка Таля (Arabidopsis) – известный модельный организм, как муха дрозофила, птица зебровая амадина и лабораторная мышь.
Но по своим размерам геном ели превосходит геном человека почти в семь раз, а геном резуховидки Таля — в сто раз.
В ходе работы исследователи получили ответ на вопрос, почему так происходит. Геном ели содержит такие фрагменты, которые получили условное название «геном ожирения», — эти фрагменты отображают большое количество повторений последовательностей ДНК, которые накопились в результате сотен миллионов лет эволюции. У растений и животных есть эффективные механизмы по удалению таких повторов, чем не могут похвастаться хвойные.
Самой большой проблемой в проекте было получение около 20 миллиардов «букв» генетического кода в правильном порядке, не запутавшись в повторениях шифра ДНК.
«Представьте себе библиотеку, в которой содержится 10 000 книг толщиной с Библию, но все эти книги написаны на языке, в котором есть всего четыре буквы. И как будто бы кто-то взял 100 копий с каждой из 10 000 книг, отправил это в уничтожитель документов и перемешал. После такой процедуры собрать точные копии каждого заголовка может быть несколько проблематично», — поясняет профессор Стефан Янссон из UPSC.
«Мы вынуждены были настроить компьютеры и переписать многие компьютерные программы, используемые в аналогичных исследованиях, для того чтобы справиться с расшифровкой огромного количества ДНК последовательностей», — заявил говорит профессор Йоаким Лундберг из SciLifeLab.
Он отметил, что в данной работе из-за большого объема генома ели был достигнут предел шведской государственной системы по хранению данных, и это лишь одна из многих практических проблем, которые нужно было решить, чтобы сохранить проект в работе и достичь успеха.
Результатам данной работы шведские ученые, работающие в области сельскохозяйственных наук, видят широкое применение.
«Новейшие и более эффективные сельскохозяйственные технологии должны быть использованы для того, чтобы 200 миллионов саженцев, высаживаемых каждый год, становились сильнее и здоровее, вне зависимости от того, в каком районе они растут — бедном или богатом питательными веществами, — заявил профессор Уве Нильссон из UPSC. — Лесная промышленность вступает в новую эру, и Швеция обладает потенциалом для того, чтобы быть в авангарде».
