Чистота всегда ассоциировалась с белым цветом. Однажды человеку приснился сон, где по широким улицам шли люди в белых одеждах, они улыбались и приветствовали друг друга. Белые облака в ясном небе водили свои замысловатые хороводы под ласковым солнцем. Воздух был чист и прозрачен. Мирный день длился и длился, не замутненный тревогами о будущем. Но человек проснулся в другом мире. Но то чувство чистоты и обретения счастья, постарался сохранить в душе.
Проблемы, стоящие перед человечеством глобальны и, возможно уже, необратимы. Но осознание их может совершить чудо. Нужно только обратить прогресс на благо природы и человечества, использовать бережно ресурсы, искать выходы из экологического тупика и Земля ответит человеку добром.
 
Ученые упорядочивают  геномы 1100 растений, исследуя 1 миллиард лет эволюции.

Ученые упорядочивают геномы 1100 растений, исследуя 1 миллиард лет эволюции.

  Растения являются эволюционными чемпионами, доминирующими в экосистемах Земли более миллиарда лет и делающие планету пригодной для жизни бесчисленным количеством других форм жизни, включая человека. На данный момент  ученые завершили девятилетний путь генетических исследований, чтобы пролить свет на долгую и сложную историю наземных растений и зеленых водорослей, раскрыв неожиданные изменения и бешеные темпы роста этой супергруппы организмов.

Проект «1000 геномов растений» (1KP) стартовал в 2008 году, вскоре после начала проекта «1000 геномов человека» и  представляет собой аналогичную крупномасштабную исследовательскую работу по расшифровке генома растений.

1KP - международный междисциплинарный проект, который в настоящее время собрал данные о транскриптоме  (совокупности всех молекул РНК, которые синтезируются в клетке)  более  чем из 1000 видов растений.

«1000 геномов растений» собрал около 200 биологов для секвенирование (общее название методов, которые позволяют установить последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК).

Краткое изложение результатов команды, опубликованны в журнале Nature .

Одна из целей проекта по  отбору видов состояла в том, чтобы предоставить образцы  всех основных видов зеленых растений (Viridiplantae),  переживших приблизительно один миллиард лет эволюции. Это цветущие растения, хвойные, папоротники, мхи и зеленые водоросли стрептофиты.

История того, как и когда растения приобрели способность расти и производить семена, цветы и плоды. Нужно было создать основу для понимания разнообразия растений по всей планете, включая однолетние культуры и долгоживущие виды лесных деревьев.

«В древе жизни все взаимосвязано», - сказал Гане Ка-Шу Вонг , ведущий исследователь 1KP и профессор кафедры биологических наук Университета Альберты (Канада). «И если мы хотим понять, как работает древо жизни, нам нужно изучить отношения между видами. Вот где генетическая последовательность вступает в силу ».

 «Предполагаемые отношения между разным видами растений сообщают нам, что в течение миллиарда лет с тех пор, как родовые виды зеленых водорослей разделились на две отдельные эволюционные линии, одна из которых включает в себя цветущие растения, наземные растения и родственные группы водорослей, а другая - разнообразный массив зеленых водорослей, эволюция растений была акцентирована инновациями и периодами быстрой диверсификации », - говорит Джеймс Либенс-Мак, профессор биологии растений в Университете искусств и наук Университета Джорджии Франклин и соавтор исследования.
«Чтобы связать то, что мы знаем об эволюции генов и геномов, с растущим пониманием функции генов у организмов цветковых растений, мхов и водорослей, нам нужно было собрать новые данные, проливающие свет на разнообразие генов среди всех видов зеленых растений».

Одним из признаков эволюции растений  и особенность, редко встречающаяся у животных , является частота дублирования генома. Виды зеленых растений удваивают, утраивают или даже увеличивают в четыре раза весь свой набор генов, что приводит к огромным размерам генома. Хотя цель дублирования всего генома до сих пор неясна, ученые предполагают, что это может стимулировать эволюционные изменения вида: если у вас есть две копии генов, одна копия может постепенно развить новую функцию.

 

«Возможно, самым большим сюрпризом нашего анализа было почти полное отсутствие дупликаций генома в водорослях», - сказал Майк Баркер, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии в Университете Аризоны
 «За 20 лет исследований геномов растений, мы обнаружили, что средний геном цветковых растений имеет почти 4 раунда дупликации генома предков, начиная с общего предка всех семенных растений , существовавших более 300 миллионов лет назад. Мы также находим множественные раунды дупликации генома в линиях папоротника, но мало свидетельств удвоения генома в линиях водорослей ".

Обнаружено было, что в процессе эволюции, цветущие растения фактически сокращали определенные семейства генов, что может быть признаком того, что они просто использовали существующие гены для новых функций.

 «Изучение генома видов имеет более широкую перспективу, чем то, что мы могли бы получить, просто взглянув на отдельную культуру,  всего одну часть эволюционного дерева», - сказала соавтор исследования Памела Солтис, профессор Университета Флориды .«Имея более широкую картину, вы можете понять, как произошли изменения в геноме, что затем позволит нам исследовать изменения физических характеристик, химического состава и других интересующих нас свойств».

 

Большая часть исследований растений была сосредоточена на сельскохозяйственных культурах и нескольких модельных видах, скрывая эволюционную предысторию, численность которой составляет почти полмиллиона видов. Модельные виды для изучения генетики  растений имеют небольшой размер генома и быстрый рост.

«В 2014 году мы провели частичный анализ, который предполагал, что мхи, печеночники и роговики образуют единую родственную группу,  но многие люди не верили в это. Результаты изучения геномов растений подтвердили эти выводы. Это меняет представление о мире мхов », - сказала Памела Солтис.

Мох   Роговики  Класс печеночники.

      "Одним из вызовов был сам размер проекта", - говорит соавтор исследования профессор Дуглас Солтис, директор  Института биоразнообразия во Флориде,США.

«Такое количество геномов не имеет себе равных», - сказал он. «Это скачок не в технологии, а  в масштабе».

Анализ последовательностей также потребовал доработки существующего программного обеспечения, которое не было готово для обработки такого беспрецедентного объема генетических данных.Инженеры-программисты BGI разработали новые алгоритмы

Исследование вдохновило усилия сообщества собрать и упорядочить различные виды растений, происходящие из наземных и водных сред обитания в глобальном масштабе. Более 100 специалистов предоставили материалы.

Данные, полученные в результате проекта, общедоступны.

Следующая цель - секвенирование 10 000 геномов растений.

 

По словам исследователей, хотя этот проект улучшает наше понимание эволюции растений и отношений между видами, эти данные также являются бесценными инструментами для развития науки о растениеводстве, медицины и других областей.

Идентификация генов, которые были продублированы у цветковых растений, может помочь ученым лучше понять их функцию, что может привести к улучшению урожайности.

А поскольку многие растения обладают лечебными свойствами, генетические данные, предлагаемые проектом 1KP, могут привести к новым открытиям, улучшающим здоровье человека.

«Мы сосредоточились на получении большого количества образцов дикой природы, взятых у растений, которые, как известно, содержат важные химические вещества, в надежде, что люди смогут добывать этот материал для новых соединений», - сказал Дуглас Солтис.

 

 

 

 


24 октября 2019

Возврат к списку