Геномы хлоропластов — не «неизменные чертежи»
В соавторстве с г-жой Eranga Pawani Witharana исследовательская группа из нашей лаборатории показала, что хлоропластные геномы претерпевали медленные, но непрерывные структурные изменения на протяжении десятков миллионов лет.
Сведения об оригинальной исследовательской статье
Название: Ongoing structural changes highlight the dynamic nature of chloroplast genomes
Авторы: Eranga Pawani Witharana, Nobuhiro Kotoda, Kiyohiko Seki, Shinji Fukuda & Yukio Nagano
Журнал: Nucleic Acids Research, Volume 54, Issue 4, gkag117
Дата публикации: February 24, 2026
DOI: 10.1093/nar/gkag117
Показатели журнала: 2025 Journal Impact Factor: 15.0; 2025 5-year Journal Impact Factor: 17.6; JCR Biochemistry & Molecular Biology: 14/328; 2025 CiteScore: 29.8; Scopus Genetics: 5/357 (Top 1.4%); 2025 SNIP: 5.1 (последние показатели, опубликованные издателем по состоянию на июль 2026 года)
Тип статьи: Open Access
- Анализ 28 видов Aurantioideae выявил структурную гетероплазмию — сосуществование двух структурно различных геномов хлоропластов в одном и том же растении.
- Рекомбинация, опосредованная короткими инвертированными повторами, генерирует большую инверсию размером приблизительно 22 кб.
- Альтернативные конфигурации генома, по-видимому, сохранялись с раннего миоцена, примерно 12,1–28,2 миллионов лет назад.
- В исследовании представлен практический алгоритм для обнаружения даже низкочастотных конфигураций хлоропластного генома на основе стандартных данных коротких прочтений.
Геномы хлоропластов и структурная гетероплазмия
Помимо ядерной DNA, растительные клетки содержат самостоятельный геном в хлоропластах. Поскольку хлоропластные геномы сравнительно малы и долго считались структурно стабильными, их широко используют в исследованиях филогении и эволюции растений.
Хлоропластная DNA присутствует в клетке во множестве копий, тогда как число копий ядерных локусов сравнительно невелико. Это различие может позволять альтернативным конфигурациям хлоропластного генома сосуществовать в одном организме, не приводя к немедленной фиксации одной из них. Нельзя утверждать, что ядерная DNA всегда представлена двумя копиями на клетку, поскольку на число копий влияют плоидность, клеточный цикл и состояние ткани.
Структурные изменения в эволюционном времени
В исследовании проанализировали 28 видов Aurantioideae и показали, что внутримолекулярная гомологичная рекомбинация между парой коротких инвертированных повторов (sIR) длиной 53 п. н. вызывает инверсию размером около 22 кб в большой однокопийной области (LSC) хлоропласта. Сосуществование двух структурных конфигураций в одном организме называется структурной гетероплазмией.
Две конфигурации сохранялись у многих видов в течение приблизительно 12,1–28,2 миллионов лет, начиная с раннего миоцена. Закономерности, при которых минорная изоформа становилась доминирующей в некоторых линиях, согласуются с возможной ролью генетического дрейфа. Полученные результаты показывают, что структурная эволюция пластома является непрерывным, постепенным процессом, а не последовательностью мгновенно зафиксированных состояний.
Выявление редких конфигураций генома
Анализ выявил дискордантные парные прочтения (discordant paired-end reads) и прочтения с мягким клиппированием (soft-clipped reads), перекрывающие структурные точки разрыва. Дополнительная проверка методом PCR показала, что низкочастотные конфигурации являются подлинными, а не артефактами секвенирования или картирования.
Публикации и освещение в СМИ
- Saga University press release
- Kagoshima University press release(Japanese/English PDF)
- Веб-страница Объединённой высшей школы сельскохозяйственных наук Университета Кагосима
Хотя онлайн-статья отсутствует, исследование также было опубликовано в газете Minami-Nippon 20 апреля 2026 года.