Выявление и изучение генов-ортологов, связанных с сезонным старением, путём сравнительного анализа геномов вечнозелёных и листопадных древесных видов

Abstract

Цель исследования — выявление механизмов генетической регуляции сезонного старения листьев у лиственницы сибирской (Larix sibirica) и покрытосеменных листопадных древесных видов. Объектами нашего исследования являются полностью секвенированные и аннотированные геномы вечнозелёных и листопадных древесных растений, включая покрытосеменные и голосеменные виды с целью обнаружения особенностей механизмов генетической регуляции листопадности путём их биоинформатического сравнения. Актуальность исследования определяется тем, что оно связано с изучением фундаментальных проблем биологии таких как программируемое старение, программирование смерти клеток, аутофагия и адаптация к средовым стрессам. Новизна исследования определяется тем, что процесс генетической регуляции сезонного старения листьев малоизучен у древесных хвойных растений по сравнению с цветковыми растениям. В исследовании использован оригинальный подход биоинформатического сравнения функциональной части генома между относительно филогенетически близкими, но контрастно различающихся по листопадности видами голосеменных из одного семейства сосновых (Pinaceae) – листопадной лиственницы сибирской (Larix sibirica) в сравнении с вечнозелёной псевдотсугой Мензиса (Pseudotsuga menziesii) и покрытосеменных из одного рода дубов (Quercus) – листопадного дуба лопастного (Quercus lobata) в сравнении с вечнозелёным дубом пробковым (Quercus suber). Понимание генетических различий между этими парами видов позволит ответить на вопрос: «Какие именно гены и соответственно метаболические процессы участвуют в регуляции сезонного старения листьев и хвои у древесных растений?» В результате проведённого исследования обнаружены генетические особенности сезонного старения хвои у лиственницы сибирской по сравнению с вечнозелёной псевдотсугой Мензиса (голосеменные). Они оказались схожи с таковыми у дуба лопастного (покрытосеменные). Путём сравнительного анализа геномов вечнозелёных и листопадных древесных видов было выявлено 7 генов-кандидатов, ассоциированных с сезонным старением листьев: cold-responsive protein kinase 1 (CRPK1), CBL-interacting protein kinase 23 (CIPK23), WRKY transcription factor 26 (WRKY26), DETOXIFICATION 40 (DTX40), serine/threonine-protein kinase TOR (TOR), 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase 6 (ACS6), cysteine-rich receptor-like protein 41 (CRK41).