Результаты этой работы будут полезны в медицине и фармакологии, так как уникальные биоактивные молекулы борщевика Сосновского могут использоваться в разработке новых лекарств.
Борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi) — инвазивное растение, широко распространившееся за пределы своей естественной среды обитания на Северном Кавказе. На сегодняшний день оно представляет угрозу для экосистем и человеческого здоровья. После Второй мировой войны растение считали перспективной кормовой культурой и активно выращивали на полях на северо-западе Европейской России.
Борщевик быстро растет, подавляя местную флору. Это может приводить к снижению биоразнообразия и вытеснению других видов. Кроме того, сок растения содержит природные токсины, повышающие чувствительность организма (чаще кожи и слизистых оболочек) к воздействию ультрафиолета. Именно из-за них физический контакт с борщевиком может вызывать ожоги и раздражение на коже человека.
Ученые из Сколковского института науки и технологии и Института проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН исследовали полный геном борщевика Сосновского, собрав его до уровня хромосом. С помощью секвенатора — прибора для прочтения ДНК — авторы получили данные о геноме борщевика. Затем они разметили в полученной последовательности отдельные гены. Их количество удивило ученых. Тогда как у большинства растений насчитывается от 25 до 35 тысяч генов, в геноме борщевика их обнаружено более 55 тысяч. Исследователи выяснили, что причиной такого большого числа генов стали их многочисленные удвоения (дупликации). Это означает, что у многих генов есть несколько дополнительных копий.
«Это достаточно необычное явление. Для растений гораздо более характерны полногеномные дупликации, когда число копий кратно увеличивается у всех участков генома, а не у отдельных сегментов. Многие из генных семейств, в которых произошло резкое увеличение числа генов у борщевика, связаны с синтезом вторичных метаболитов, в том числе линейных фуранокумаринов (псоралена и его производных). Это именно те вещества, которые придают борщевику его опасные свойства», — рассказала участник проекта, сотрудник Сколковского института науки и технологии Мария Логачёва.
Ученые проанализировали гены, которые могут участвовать в синтезе токсинов, вызывающих ожоги на свету. Экспериментально они выяснили функцию одного из генов: преобразование мармезина в псорален.Знание геномных особенностей борщевика Сосновского позволит определить и изучить уникальные биоактивные молекулы, которые могут использоваться в создании новых лекарственных препаратов и терапевтических подходов для лечения кожных заболеваний. Также они могут помочь в разработке методов биологического контроля и проведения мониторинга этого опасного инвазивного вида.
«Мы планируем развивать работу с геномом борщевика. В том числе будем исследовать генетическое разнообразие этого вида в исходном и "захваченном" ареалах. Мы собираем и анализируем образцы со всей России — от Калининграда до Дальнего Востока. Это позволит понять закономерности и стратегии распространения борщевика, а также выяснить, как соотносятся между собой борщевик Сосновского и близкие виды, в частности, активно распространяющийся в Западной Европе борщевик Мантегацци», — отметила Мария Логачёва.
Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда, опубликованы в PlantJournal.
