Ученые создали новую вычислительную систему, которая обнаружила более 13 000 групп генов, общих для всех злаков. Эти гены кодируют белки и, скорее всего, отвечают за ключевые функции, потому что их последовательности почти не меняются от вида к виду. Исследователи проанализировали геномы 16 злаков из базы Ensembl Plants, и оказалось, что 13 312 групп генов встречаются у всех — от бамбука до пшеницы.

Результаты опубликованы в издании Bioinformatics Advances.

Проверка на новых данных подтвердила точность метода: 98,8% этих групп нашлись и в двух дополнительно изученных видах, которые не входили в первоначальный анализ. Кроме универсальных генов, нашлись 4 609 групп, которые могут быть связаны с особенностями злаков или их отдельных подгрупп — это поможет понять, как эти растения эволюционировали.

Главное преимущество подхода — использование скрытой марковской модели (HMM), которая фокусируется на самых важных участках генов, а не на всей последовательности. Этот метод оказался точнее, чем просто сравнение процента совпадений.

Скрытая марковская модель (HMM) — это статистический метод, который анализирует последовательности (например, ДНК), выделяя наиболее устойчивые участки. Он «предполагает», какие части гена критичны для его функции, даже если остальные фрагменты меняются.

Теперь исследователи могут искать «свои» гены в новой базе данных universal_grass_peps и сразу понимать, насколько они распространены среди злаков и связаны ли с уникальными адаптациями.

Теперь можно быстро определить, какие гены есть у всех злаков, а какие — только у отдельных видов, — говорит доктор Роуэн Митчелл из Rothamsted Research. — Это ускорит работу над улучшением урожайности, устойчивости к стрессам и эффективности использования питательных веществ у риса, пшеницы и кукурузы.

Этот метод — как универсальная карта для генетиков, работающих с злаками. Вместо того чтобы вручную сравнивать гены разных видов, ученые получают готовый набор консервативных последовательностей. Это сократит время на поиск генов, отвечающих за урожайность или устойчивость к засухе. Например, если в пшенице найден ген, повышающий устойчивость к болезням, можно сразу проверить, есть ли его аналог в рисе или сорго. Это ускорит селекцию и генную инженерию.

Отметим, что исследование охватило только 16 видов, а злаки — огромное семейство с сотнями представителей. Возможно, некоторые редкие гены остались за рамками анализа. Кроме того, HMM-модель хорошо находит консервативные участки, но может пропускать важные вариации в менее устойчивых областях генома.

Ранее биологи нашли в злаках переключатель урожайности.