>

Про що розповіла ДНК троянд

Так, це сталося! Не лише ж геном дріжджів, людей та інших примітивних організмів розшифровувати! Перші повні сіквенси представників роду Rosa (Троянда, вона ж Шипшина) отримано!

Лабіринти шипшинового геному

Рід Шипшина містить приблизно 200 видів, більш ніж половина з яких мають кілька копій свого генома, тобто є поліплоїдами. Троянди пройшли тернистий еволюційний шлях з міжвидовою гібридизацією, інтрогресією та поліплоїдизацією. Вважається, що лише 8-20 видів шипшин були у витоку становлення культурних троянд Rosa × hybrida.

Китайська троянда R. chinensis була знана ​​в Європі уже в вісімнадцятому столітті. Цей вид вважається одним з основних, які брали участь у процесі гібридизації з  європейськими, середземноморськими та близькосхідними (переважно тетраплоїдними) лініями шипшин. Саме ці схрещування призвели до формування тих особливостей квіток троянди, за які її всі люблять: багатократне цвітіння, ніжний аромат та виразний колір. Не зважаючи на недавній прогрес у дослідженні послідовностей ДНК троянд, до цього часу молекулярні та генетичні детермінанти цих ознак були невідомі, як і історія  створення сучасних сортів цієї рослини.

Rosa chinensis Rose flower
Made in China. Джерело: O. Raymond et al.

Троянди з фанатизмом любителів бузку в травні вирощували століттями й мліли над їхніми колючими кущиками. Особливо завзяті адепти дбали про такі якості, як запах і колір квіток. Цікаві досліди селекціонерів перетворили геном троянд у складну мішанину фрагментів. І цей вузол  просто так не розрубати гордієвою сокирою молекулярної генетики.

Генетика нескінченності

Мохаммед Бендамен в Еколь Нормаль в Ліоні, Франція, і його колеги отримали повний геном сорту ‘Old Blush’  виду Rosa chinensis, предка сотні сучасних троянд. Вчені змусили чоловічі статеві клітини розмножуватися безстатевим способом. Таким чином вони отримали матеріал, який можна було значно простіше аналізувати.

Що ж всередині?

Геном троянди містить 36 377 генів. Порівняльне дослідження геномів дозволило визначити предковий геном для прездставників родини Шипшинових. Він складався з дев’яти протохромосом та   8 861 генів. Відповідно до еволюційного сценарію авторів спільний предок для підродини Rosoideae мав 8 хромосом та 13,070 генів. Таким чином суниці та троянди відокремились від спільних для всіх Rosaceae предків шляхом злиття 2 хромосом в одну з наступними двома розділеннями. Цікаво, що геном суниці пережив потім ще одне додаткове злиття хромосом, щоб досягти сучасної структури, в той час як шипшини пройшли через одне ділення і два сполучення, незалежно від суниць. Аналіз 748 послідовностей генів показав, що еволюційні дороги суниць, шипшин та малини розійнлися за короткий період часу.
Вчені встановили, що геном “La France” є складною мозаїкою, утвореною фрагментами ДНК з трьох секцій величезного роду Шипшина.

Колір та запах

Китайська троянда Rosa chinensis віднині вважається найймовірнішим донором гена-пригнічувача стану спокою у квіток, який і сприяє багатократному цвітінню. Нещодавній  аналіз послідовності гібридів R. chinensis ‘Old Blush’ × Rosa wichurana показав, що періодичне цвітіння, ймовірно, викликається ще кількома генами, але всі вони були передані від R. chinensis.
Троянди демонструють велику різноманітність ароматів. Нове дослідження виявило щонайменше 22 стадії біосинтезу терпенових сполук, які раніше не були відомі для троянд. Тому тонкий аромат квіток – це ще та біохімічна розробка матінки-природи!
Fig. 3
А. Схематичне зображення хромосом троянди та генів, що скоріш за все впливають на інтенсивність забарвлення, періодичність цвітіння. Хромосомні сегменти 2.4, 3.2-3.6 та 5.1, що походять тільки від R. chinensis, позначені світло-червоними. Червоним кольором вказані гени синтезу антоціанів; блакитним – гени синтезу ароматичних сполук; чорним – гени періодичності цвітіння; зеленим – гени розвитку. b, Схематичне зображення взаємозв’язків між кольорами (рожевий фон) та ароматами (синім фоном). Дані експресії генів показують антикореляцію між експресією генів miR156 та SPL9 під час розвитку пелюсток. Чорні стрілки, біосинтетичні кроки описані в троянди; червоні стрілки, кроки біосинтезу, про які повідомляють в інших видів рослин, але не в троянди; зелені стрілки, передбачувані кроки з невідомими ферментами; пунктирна чорна стрілка вказує на кілька ферментативних кроків;  пунктирна червона стріла, передбачувана регуляція генів.
Така фундаментальщина як розкриття секретів створення сучасних троянд на молекулярно-геномному рівні стане ключем для створення нових сортів троянд. Адже після 2 століть експлуатації рослини селекціонери нарешті отримали до неї інструкцію.
Nature Genetics (2018)
doi:10.1038/s41588-018-0110-3

 

-->