Получена последовательность генома тетраплоидного картофеля

Картофель (Solanum tuberosum) входит в число пяти наиболее часто выращиваемых сельскохозяйственных культур. Однако получение новых сортов картофеля сопряжено с некоторыми трудностями. В отличие от инбредных диплоидных растений, картофель — аутотетраплоид с выраженной инбредной депрессией, что делает затруднительным скрещивание близкородственных растений. Немецкие ученые получили полногеномную последовательность тетраплоидного картофеля сорта «Отава» с разрешением на уровне отдельных гаплотипов. Результаты работы представлены в журнале Nature Genetics.

Авторы исследования использовали технологию высокоточного секвенирования с длинными прочтениями PacBio HiFi, благодаря чему для каждого гаплотипа удалось добиться глубины секвенирования в 30 прочтений. Однако стандартные алгоритмы сборки, предназначенные для диплоидных организмов, для картофеля не подошли.

Поскольку картофель — тетраплоид, его гаметы диплоидны. Ученые дополнительно секвенировали геномы единичных клеток 717 пыльцевых зерен картофеля с помощью технологии Illumina с короткими прочтениями. Используя выравнивание полученных последовательностей на первичную сборку тетраплоидного генома, ученые установили соответствие между контигами и гаплотипами, а затем, используя первичные длинные прочтения, восстановили последовательности гаплотипов. В конечном итоге была получена последовательность тетраплоидного генома длиной 3,1 млрд пар оснований (п.о.) с разрешением на уровне всех 48 гаплотипов и с разделением последовательностей по всем 12 хромосомам, входящим в состав гаплоидного генома картофеля. Сборка покрыла 97,3% тетраплоидного генома.

В различающихся гаплотипах на 60 п.о. генома картофеля выявляется один однонуклеотидный полиморфизм, но в половине случаев гаплотипы практически не отличались друг от друга. Это можно объяснить тем, что они были недавно унаследованы от одного предка. Действительно, в родословной сорта «Отава» некоторые сорта встречаются больше одного раза. Таким образом, геном картофеля сорта «Отава» несет в себе признаки недавних близкородственных скрещиваний.

Для выявления структурных вариаций ученые дополнительно воспользовались картами Hi-C. В общей сложности авторы выявили в геноме картофеля 661 структурную вариацию размером более 100 тысяч п.о., среди которых было 220 дупликаций, 207 транслокаций и 234 инверсии. Общая частота структурных вариаций между гаплотипами оказалась выше, чем обычно бывает у диких растений. Авторы исследования полагают, что полученная ими сборка генома картофеля поможет в получении новых сортов.