Kako je gajena jagoda završila sa osam kopija hromozoma — šta nam govori njen „Franken-genom“

Kao i ljudi, većina organizama koji se razmnožavaju seksualno je diploidna — imaju po dve kopije svakog hromozoma. Kod biljaka, međutim, situacija često je mnogo složenija: neke vrste, uključujući i važne poljoprivredne useve, poseduju više od dve kopije. Gajena jagoda (Fragaria × ananassa) je oktaploidna biljka, što znači da u svakoj ćeliji nosi osam kopija svakog hromozoma.

Kako nastaju višestruke kopije hromozoma?

Poliploidija u biljkama može nastati na dva glavna načina: autopoliploidijom — umnožavanjem sopstvenih hromozoma, i alopoliploidijom — hibridizacijom između različitih vrsta čiji se hromozomski setovi spajaju u jednoj liniji. Alopoliploidija često dovodi do pojave novih vrsta, ali neposredni preci koji su doprinosili genomu današnjih biljaka ponekad su izumrli, što otežava rekonstrukciju njihove evolucije.

Metod: LTR retrotranspozoni kao „vremenski pečati”

Genetičari sa Portland State University iskoristili su dugotrajne terminalne repetitivne retrotranspozone (LTR retrotranspozone) u genomu jagode. To su mobilni, ponavljajući elementi DNK koji se umnožavaju i umeću na nova mesta u genomu. Pošto njihova širenja ostavljaju prepoznatljive obrasce u različitim subgenomima, mogu da posluže kao svojevrsni vremenski pečati za rekonstrukciju redosleda hibridizacija i ugrizanja genetskih događaja — čak i kada nedostaju direktni rodoslovni uzorci.

Glavna otkrića

• Genom moderne gajene jagode sastoji se iz četiri različita subgenoma, što je u skladu sa njenom oktaploidijom.
• Istraživači su identifikovali najmanje tri odvojena hibridizacijska događaja koja su oblikovala genom jagode pre otprilike 3–4, 2–3 i 1–2 miliona godina.
• Analiza LTR retrotranspozona omogućila je rekonstrukciju hronologije genetskih događaja i otkrivanje međusobne povezanosti subgenoma.

„Ovaj rad pokazuje kako transpozonima može da se pripiše uloga evolutivnih vremenskih pečata ugrađenih u biljne genome. Fokusirajući se na to kada i gde su se ovi elementi umnožavali, možemo rekonstruisati istoriju genoma čak i kada neposredni rodoslovni uzorci nedostaju.”
— Jedan od glavnih autora studije

Zašto je to važno?

Razumevanje porekla i strukture subgenoma pomaže u boljem shvatanju naslednih osobina, otpornosti i potencijala za oplemenjivanje. Metoda zasnovana na LTR retrotransopzonima može se primeniti i na druge kompleksne poliploidne useve — kao što su pšenica, šećerna trska i pamuk — kako bi se unapredile selekcione strategije i brzina genetskog unapređenja.

Za poređenje: neke biljke imaju znatno više kopija hromozoma — crni dud (black mulberry) ima čak 44 kopije svojih sedam hromozoma, što ga svrstava među organizme sa izuzetno visokim stepenom poliploidije.

Studija je objavljena u časopisu Horticulture Research.