Ядовитое инвазивное растение содержит в два раза больше генов, чем ожидалось

Впервые ученые изучили геном борщевика Сосновского — ядовитого инвазионного растения, сок которого вызывает ожоги кожи. Они обнаружили, что в его геноме почти в два раза больше генов, чем в геноме большинства других растений. Исследование опубликовано в The Plant Journal.

 

Результаты исследования открывают двери для практического применения в медицине и фармакологии благодаря уникальным биоактивным молекулам борщевика, которые можно использовать для создания новых лекарств.

 

Борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi) — инвазионное растение, распространившееся далеко за пределы естественного ареала на Северном Кавказе, представляющее серьезную угрозу экосистемам и здоровью человека. После Великой Отечественной войны растение считалось перспективной кормовой культурой и широко культивировалось на северо-западе Европейской России.

 

Оттуда борщевик начал распространяться, быстро захватывая большие территории и сокращая биоразнообразие, вытесняя другие виды растений. Более того, его сок содержит природные токсины, которые делают организм человека, в основном кожу и слизистые оболочки, очень чувствительными к ультрафиолетовому излучению и могут вызывать ожоги и раздражения кожи при физическом контакте.

 

Исследователи из Сколковского института науки и технологии (Россия) и Института проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН (Россия) изучили полный геном борщевика Сосновского и собрали его до хромосомного уровня.

 

С помощью секвенатора ДНК команда получила данные о геноме растения и пометила отдельные гены, которых неожиданно оказалось слишком много: 55 000 против 25 000–35 000 у большинства других растений. Предложив и проверив несколько возможных гипотез, исследователи обнаружили, что за это явление ответственны многочисленные дупликации (копии) генов.

 

«Это довольно необычно, поскольку растения, как правило, имеют дупликации по всему геному, а не только в отдельных его частях. Многие генные семейства с резким увеличением числа генов у борщевика Сосновского появляются в результате синтеза вторичных метаболитов, в том числе линейные фуранокумарины (псорален и его производные), которые делают борщевик очень опасным», — поясняет Мария Логачева, доцент Биоцентра, участник команды проекта.

 

Исследователи тщательно проанализировали гены, которые могут участвовать в синтезе токсинов, вызывающих ожоги кожи при дневном свете, и экспериментально определили функцию одного из генов, превращающего мармезин в псорален.

 

Результаты исследования могут быть полезны для медицины и фармакологии. Понимание особенностей генома борщевика Сосновского поможет идентифицировать и изучить его уникальные биоактивные молекулы, которые можно будет использовать для создания новых лекарств и подходов к лечению кожных заболеваний. Они также могут помочь исследователям разработать методы биологического контроля и мониторинга этого вредного растения.

 

«Мы планируем продолжить исследования генома борщевика и изучить генетическое разнообразие этого вида в его первоначальном ареале и «завоеванных» территориях. Мы собираем и анализируем образцы со всей России — от Калининграда до Дальнего Востока — чтобы выяснить закономерности и стратегии распространения борщевика, а также узнать больше о взаимоотношениях между борщевиком Сосновского и родственными видами, такими как борщевик Мантегацци, который распространяется как лесной пожар в Западной Европе», — заключает Логачева.