Генетики объяснили, как лиственница научилась выживать в экстремальных условиях
Чем выше растет дерево, тем более суровые условия его окружают: сказывается пониженное атмосферное давление и низкая температура воздуха, повышенный уровень солнечной радиации и сильный ветер. Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) выявили генетические механизмы, помогающие лиственнице адаптироваться к жизни на высокогорье.
Деревья, растущие в зоне высокогорья, можно считать мастерами биологической адаптации. Они представляют собой удобную модель для изучения механизмов, помогающих растениям приспосабливаться к особым биоклиматическим условиям.
Повышенное внимание исследователей к лиственнице связано с большим ареалом ее распространения: это самая часто встречающаяся древесная порода в Евразии. Запасы лиственницы составляют более трети общего объема древесины в стране. По своим техническим свойствам она превосходит другие хвойные и по прочности сопоставима с древесиной дуба. А после пожаров и вырубок лиственница одной из первых заселяет поврежденные участки леса.
Сравнив на геномном уровне деревья, растущие на разных высотах, исследователи с высокой долей вероятности объясняют, как лиственница адаптировалась к высокогорью.
«Ранее ученые СФУ первыми в мире провели геномную сборку, а затем получили аннотацию генома лиственницы сибирской. Опираясь на эти данные, мы частично секвенировали (то есть расшифровали) и провели полногеномное генотипирование 231 дерева, чтобы более пристально изучить генетические механизмы, свойственные для популяций этого вида», — рассказала Серафима Новикова, инженер-исследователь лаборатории лесной геномики СФУ.
Ученые смогли идентифицировать 49 однонуклеотидных замен в генах-кандидатах, изменчивость которых была связана с высотой и другими переменными факторами окружающей среды. Они предположили, что лиственница сибирская адаптировалась к высокогорью отчасти за счет поддерживающих функций, связанных с размножением в условиях абиотического стресса — низких температур, пониженного давления, сильных ветров.
Так, особые белки-шапероны сохраняют клетки в целости и не позволяют клеточным белкам разрушаться от воздействия высоких или низких температур. Важную роль также играет поддержка и стимуляция роста клеток, сигнализация стресса, регулирование уровня доступности молекул ДНК для синтеза белка.
«Учитывая, что многие факторы внешней среды, воздействующие на лиственницу в высокогорных условиях, можно с уверенностью отнести к стрессу, данное исследование позволяет выявить важные для селекции гены и однонуклеотидные полиморфизмы, а также закладывает основу для создания ДНК-чипа, чтобы проводить генотипирование с целью мониторинга селективно-нейтральных и адаптивных генетических изменений в других популяциях», — комментирует полученные результаты Константин Крутовский, руководитель проекта, профессор кафедры геномики и биоинформатики Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ.
Результаты исследования, опубликованного в высокорейтинговом журнале, вносят значительный вклад в выявление генетического адаптивного потенциала природных популяций.
Фото: пресс-служба Минобрнауки России