Ученые из России проанализировали митохондриальный геном (митогеном) лиственницы. Оказалось, что он самый большой среди всех известных живых организмов. Митогеном находится в митохондриях — своего рода «энергетических станциях» клеток. Он представлен митохондриальной ДНК (мтДНК), которая содержит несколько десятков генов белков, необходимых в выработке энергии. Тем не менее вопрос, почему у лиственницы такой большой митогеном, остается открытым. Исследование опубликовано в журнале BMC Genomics. 

Относительно недавно науке стало известно, что у растений размеры митогенома намного больше, чем у людей и животных. К примеру, у всех млекопитающих около 16 тысяч пар нуклеотидов (п. н.), а репчатый лук содержит приблизительно 316 тысяч п. н. В то же время секвенированный митогеном сибирской лиственницы насчитывает 11,7 миллиона нуклеотидов. Причины этих существенных различий до сих пор полностью не изучены. Возможно, подобные особенности лежат в основе свойств, которые отличают растения от животных. К примеру, хвойные растения обладают рекордной продолжительностью жизни и повышенной устойчивостью к неблагоприятным факторам окружающей среды. Изучение геномов данных растений может раскрыть механизмы этих особенностей и их дальнейшее применение, например в селекции и биомедицине. 

Выбор исследователей не случайно пал на сибирскую лиственницу. Она — ключевой лесообразующий вид экосистем Сибири. Ученые из лаборатории генетической инженерии растений Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН под руководством Юрия Константинова выделили неповрежденные митохондрии и получили ДНК, обогащенную митохондриальной фракцией. После этого исследователи из лаборатории лесной геномики СФУ под руководством профессора Константина Крутовского использовали новейшие технологии секвенирования для расшифровки последовательности нуклеотидов этой ДНК и затем с помощью сложного биоинформатического анализа совместно с исследователями центра высокопроизводительных вычислений СФУ под руководством доцента Дмитрия Кузьмина сумели собрать эти последовательности в единый митогеном и определить его генный состав: кодирующие и некодирующие части. 

«На первом этапе, используя высокопроизводительный секвенатор, мы получили огромное количество коротких прочтений мелких фрагментов генома, которые потом необходимо было собрать вместе правильным образом в исходную последовательность генома, для чего мы использовали специальные компьютерные алгоритмы. Кроме этого, мы выделили высококачественную высокомолекулярную фракцию ДНК и использовали новейший секвенатор последнего поколения на основе технологии нанопорового секвенирования, что позволило нам получить очень длинные прочтения нуклеотидных последовательностей митогенома и сильно облегчило его сборку. Используя эти два подхода, мы смогли собрать митогеном общей длиной 11 662 539 нуклеотидов. Кроме того, мы определили 40 генов, кодирующих белки, 34 гена тРНК и 3 рРНК — примерно такое же количество генов содержится и в митогеномах многих других растений», — рассказывает руководитель проекта Константин Крутовский.​ 

Остается загадкой, почему у лиственницы такой большой митохондриальный геном. По словам ученых, на размер митогенома растений могут влиять мобильные генетические элементы и плазмиды — фрагменты ДНК, способные «встраиваться» и перемещаться внутри генома. 

«Однако маловероятно, что плазмиды внесли большой вклад, поскольку обнаружено относительно мало плазмидоподобных вставок: 0,11% от всего митогенома. К мобильным генетическим элементам же можно отнести около 11,14% всего митохондриального генома. С другой стороны, хотя и принято считать, что гены митохондрий эволюционируют медленнее, чем пластидные или ядерные, есть сообщения о том, что скорость, с которой митогеномы растений накапливают замены, может существенно различаться как между генами, так и между видами», — объясняет участница исследования и соавтор статьи, аспирантка кафедры геномики и биоинформатики СФУ Евгения Бондар. 

«В России нет других лабораторий, специализирующихся на секвенировании и сборке геномов, которые длиннее человеческого. А у хвойных растений геном в 5–10 раз больше нашего. Кроме того, митогеномы растений уникальны своими размерами и непохожестью у разных видов, и их изучение может помочь человечеству понять особенности эволюции растений, в частности хвойных, и генетические механизмы их уникального долголетия и устойчивости к экстремальным погодным условиям, таким, например, как засуха и низкие температуры», — заключает другая участница исследования и ведущий автор статьи, отрудница кафедры биофизики СФУ Юлия Путинцева. 

Indicator.Ru 

Selena Middleton/Wikimedia Commons/Pixnio/Indicator.Ru​ 

Похожие новости

  • 06/08/2020

    Из самой маленькой в мире светящейся молекулы сделали тест на клещевой энцефалит

    ​​Светящийся белок, выделенный из морского рачка Metridia longa, самый маленький из открытых биолюминесцентных ферментов, был впервые использован учеными в тестах на клещевой энцефалит. Одного миллиграмма такого белка может хватить для ста тысяч точных анализов по определению наличия вируса клещевого энцефалита.
    825
  • 31/08/2020

    Учёные рассказали, как «упаковать» лекарства внутрь наночастиц

    ​Исследователи из России, Швеции и США изучили оптические свойства металлических нанооболочек атомарного размера и смоделировали резонансные свойства таких структур с использованием оригинальной модели атомарного взаимодействия.
    506
  • 05/10/2018

    Бокоплав-кузнечик выживает в «горячей» воде за счет неверного жиросжигания

    Устойчивость к высокой температуре во многом зависит от способности обходиться без кислорода.​Ученые из Иркутского государственного университета, Белорусского государственного университета, Байкальского исследовательского центра, Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета узнали, как бокоплав-кузнечик Gammarus lacustris реагирует на постепенный рост температуры окружающей воды и какими биохимическими приспособлениями он пользуется, чтобы выжить.
    2575
  • 20/12/2019

    Когда наука несет свет: ученые предложили производить светодиоды без редкоземельных металлов

     Международная группа учёных синтезировала и изучила соединение, которое поможет значительно удешевить производство светодиодов для получения белого света, имитирующего солнечный. Такие диоды широко применяются в освещении жилых и производственных помещений, для наружной рекламы и выращивания растений предприятиями агропромышленного комплекса.
    1025
  • 19/01/2021

    Проект по изучению цеолитов реализуют Минералогический музей ИРНИТУ и Институт геохимии СО РАН

    Минералогический музей им. А.В. Сидорова ИРНИТУ и Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН реализуют совместный проект «Кристаллохимия, ИК спектроскопия и ab initio компьютерное моделирование природных цеолитоподобных соединений».
    321
  • 12/01/2021

    В разработке новой технологии изготовления полимерных трубок участвуют исследователи СибГУ им. М.Ф. Решетнева

    ​Во время рабочего визита в СибГУ им. М.Ф. Решетнева в конце декабря 2020 г. замминистра науки и высшего образования РФ Петр Кучеренко осмотрел выставку научных проектов 2020 года, выполняемых исследователями университета.
    543
  • 04/08/2020

    Лето исследований. Сразу несколько экспедиций отправились в Арктику

    Совместный проект ЮНЕСКО и Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова — плавучий университет, научно-исследовательское судно «Академик Николай Страхов» вошло в акваторию Баренцева моря, где более 20 студентов из МГУ и других российских вузов при поддержке Министерства образования и науки России будут изучать перспективы нефтегазоносности этого района.
    992
  • 10/04/2019

    Красноярские ученые открыли новый материал для белых светодиодов

    ​Российско-китайская группа ученых обнаружила и описала новое соединение для производства белых светодиодов, способных оптимизировать процесс выращивания сельскохозяйственных растений. Статья опубликована в Chemical Engineering Journal.
    949
  • 05/01/2017

    Егор Задереев: научные итоги 2016 года в Красноярске

    ​Ученый и популяризатор науки Егор Задереев подводит традиционные научные итоги года в Красноярске. Премии года Для анализа я использую базу данных научных публикаций Web of Science — самый строгий и признанный во всём мире фильтр качества.
    2754
  • 20/01/2021

    Технологию безмазутного розжига котлов ТЭЦ успешно испытали инженеры НГТУ НЭТИ

    15 января 2021 года учёные и инженеры НГТУ НЭТИ и «КОТЭС Инжиниринг» успешно провели испытания электроионизационной технологии безмазутного розжига пылеугольных котлов на огневом стенде мощностью 5 МВт на площадке Института теплофизики СО РАН.
    320