Выявлен транскрипционный фактор, необходимый для формирования клубней картофеля

Картофель (Solanum tuberosum) принадлежит к секции Petota рода Solanum семейства Solanaceae. Секция Petota объединяет более 100 видов, формирующих клубни. Представители ее сестринской секции Etuberosum клубни не формируют. Большинство современных сортов — аутотетраплоиды, которые размножают клубнями. Получение диплоидов из семян может подтолкнуть усилия по улучшению культуры.

Картофель — одна из важнейших культур на Земле, однако об его эволюции и разнообразии известно мало. Для прояснения этих вопросов исследователи из Китая, США и Великобритании собрали 44 диплоидные генома высокого качества 24 диких и 20 культурных представителей секции Petota.

Всего авторы получили 24,5 Gb высокоточных прочтений (около 30x относительно предполагаемого гаплоидного генома картофеля). Их собрали в контиги de novo, из них семь геномов собрали до хромосом. Также на основе этих данных получили пангеном — совокупность всех генов рассматриваемой группы организмов. Составляющие его кластеры разделили по тому, как часто они появляются в рассматриваемых геномах.

Для того, чтобы установить родственные связи Petota и ее сестринских секций Lycopersicon (томат) и Etuberosum, авторы секвенировали геномы двух представителей Etuberosum (Solanum etuberosum и Solanum palustre). На основании близости строения ученые предположили, что Etuberosum и Petota — родственные секции, а Lycopersicon — более дальний родственник. Но гипотеза не подтвердилась. На основании тех данных, которые были получены в работе, Etuberosum — секция, сестринская общему предку картофеля и томата (Petota и Lycopersicon). Etuberosum отделилась от этого общего предка 8,30 миллиона лет назад. Однако эволюционная история картофеля сложна и включает межвидовую гибридизацию.

Авторы предположили, что у картофеля больше генов резистентности к заболеваниям, поражающим клубни. Они искали гены, кодирующие белки с нуклеотидсвязывающими доменами и богатыми лейцином повторами (NLR). Число копий NLR в геномах сильно варьировало — от 478 в Solanum morelliforme до 1976 в Solanum chacoense. По предположению авторов, у Etuberosum и Lycopersicon 280–344 NLR, то есть у картофеля действительно произошла их экспансия. Всего выявили 19 241 NLR, специфичных для картофеля, которые отсутствуют у Etuberosum и томата. Из них 31,4% экспрессируются в столоне и клубнях, вероятно, защищая их от инфекции.

Также авторы определили транскрипционный фактор, который, вероятно, сыграл важную роль в появлении клубней у картофеля. Это ген Soltu.DM.06G025210, при его нокауте нарушается формирование клубней, поэтому авторы переименовали его в Identity of Tuber 1 (IT1).

Наконец, ученые идентифицировали 561 433 структурных варианта и составили карту крупных инверсий. Авторы надеются, что их исследование ускорит получение гибридов картофеля и поможет в понимании его эволюции и биологии.