Biomics

На 2025 год приходятся две юбилейные даты в связи с секвенированием ДНК вообще и ядерных геномов растений в частности. Так, 50 лет назад был разработан относительно быстрый метод секвенирования ДНК, получивший название «плюс/минус» метод, который вскоре сменился двумя другими еще более быстрыми методами. Общим для них всех стало разделение продуктов секвенирующих реакций высоковольтным гель-электрофорезом. Спустя три десятилетия для повышения производительности секвенирования ДНК потребовалось разрабатывать уже неэлектрофоретические методы и таких появилось немало. При этом продолжается их совершенствование и разработка новых. 25 лет назад был секвенирован первый растительный (ядерный) геном сорного растения арабидопсиса Arabidopsis thaliana, для которого была характерна мозаичная сборка фрагментов парных хромосом. За год и за три года до этого у арабидопсиса же были секвенированы хлоропластный и митохондриальный геномы соответственно. Лишь спустя много лет для арабидопсиса был прочитан диплоидный геном с фазированной сборкой по гаплотипам и составлен ядерный пангеном, идущий на смену устаревающим референсным геномам. Однако ни панпластом, ни панмитогеном для этого модельного вида растений, коим является арабидопсис, еще не составлены. При этом геномика должна, по сути, превратиться пангеномику, в том числе опираясь на знания гаплотипов, поскольку концепция референсного генома уже себя изжила и его можно образно сравнить с одиноким уличным фонарем, освещающим лишь небольшое пространство, дальше которого не видно ни зги, тогда как пангеном несет в себе информацию о пуле генов, характерном для конкретного вида. Фактически растительной клеткой управляет триада геномов из ядерного, митохондриального и хлоропластного и их все необходимо секвенировать, в том числе принимая во внимание внутривидовой полиморфизм ДНК.

ДНК, секвенирование, геном, референсный геном, квазигеном, пангеном, супер-пангеном, гипер-пангеном, T2T геном, диплоидный геном, фазированный геном, гаплотипированный геном, панпластом, пан-митогеном, триада геномов растений

1. Зубов В.В., Чемерис Д.А., Василов Р.Г. и др. Краткая история методов высокопроизводительного секвенирования нуклеиновых кислот // Biomics. 2021. Т.13(1). С. 27- 46. DOI: 10.31301/2221-6197.bmcs.2021-4
2. Кулуев А.Р., Матниязов Р.Т., Березин А.А. и др. Пан-митогеномика // Biomics. 2025. Т. 17(1). С.88-102. DOI: 10.31301/2221-6197.bmcs.2025-7
3. Чемерис А.В., Ахунов Э.Д., Вахитов В.А. Секвенирование ДНК. М., Наука, 1999. 429 c.
4. Arabidopsis Genome Initiative. Analysis of the genome sequence of the flowering plant Arabidopsis thaliana // Nature. 2000. V.408(6814). P.796-815. doi: 10.1038/35048692
5. Baymiev Al.Kh., Chemeris D.A., Sakhabutdinova A.R. et al. In higher plants as an example, one can see that the era of sequencing of their diploid genomes is coming // Biomics. 2025. V.17(1). P. 17-41. DOI: 10.31301/2221-6197.bmcs.2025-3
6. Bernal-Gallardo JJ, de Folter S. Plant genome information facilitates plant functional genomics // Planta. 2024. V.259(5). 117. doi: 10.1007/s00425-024-04397-z
7. Goff SA, Ricke D, Lan TH et al. A draft sequence of the rice genome (Oryza sativa ssp. japonica) // Science. 2002. V.296(5565). P.92-100. doi: 10.1126/science.1068275
8. Goffeau A, Barrell BG, Bussey H. et al. Life with 6000 genes. Science. 1996. V.274(5287). P546, 563-567. doi: 10.1126/science.274.5287.546
9. Huang S, Li R, Zhang Z, Li L. et al. The genome of the cucumber, Cucumis sativus // Nat Genet. 2009. V.41(12). P.1275-1281. doi: 10.1038/ng.475
10. Jaillon O, Aury JM, Noel B. et al. The grapevine genome sequence suggests ancestral hexaploidization in major angiosperm phyla // Nature. 2007. V.449(7161). P.463-467. doi: 10.1038/nature06148
11. Khan AW, Garg V, Roorkiwal M, Golicz AA, Edwards D, Varshney RK. Super-Pangenome by Integrating the Wild Side of a Species for Accelerated Crop Improvement // Trends Plant Sci. V.25(2). P.148-158. doi: 10.1016/j.tplants.2019.10.012
12. Kuluev B.R., Chemeris D.A., Gerashchenkov G.A. et al. Pangenomics of plants // Biomics. 2025. V.17(1). P. 42-64. DOI: 10.31301/2221-6197.bmcs.2025-4
13. Meyers LA, Levin DA. On the abundance of polyploids in flowering plants // Evolution. 2006. V.60(6). P.1198-1206.
14. Miga KH, Eichler EE. Envisioning a new era: Complete genetic information from routine, telomere-to-telomere genomes // Am J Hum Genet. 2023. V.110(11). P.1832-1840. doi: 10.1016/j.ajhg.2023.09.011
15. Morgante M, De Paoli E, Radovic S. Transposable elements and the plant pan-genomes // Curr Opin Plant Biol. 2007. V.10(2). P.149-155. doi: 10.1016/j.pbi.2007.02.001
16. Porubsky D, Vollger MR, Harvey WT et al. Gaps and complex structurally variant loci in phased genome assemblies // Genome Res. 2023. V.33(4). P.496-510. doi: 10.1101/gr.277334.122
17. Rijzaani H, Bayer PE, Rouard M et al. The pangenome of banana highlights differences between genera and genomes // Plant Genome. 2022. V.15(1). e20100. doi: 10.1002/tpg2.20100
18. Samigullin T.H., Kuluev A.R., Vallejo-Roman K.M. et al. Pan-plastomes or con-plastomes – a novel sight on the genetic diversity of chloroplast genomes of higher plants for phylogenetic investigations // Biomics. 2025. V.17(1). P. 77-87. DOI: 10.31301/2221-6197.bmcs.2025-6
19. Sato S, Nakamura Y, Kaneko T, Asamizu E, Tabata S: Complete structure of the chloroplast genome of Arabidopsis thaliana // DNA Res. V.6. P.283-290. 10.1093/dnares/6.5.283
20. Stevens K.A., Wegrzyn J.L., Zimin A. Sequence of the Sugar Pine Megagenome // Genetics. 2016. V.204(4). P.1613-1626. doi: 10.1534/genetics.116.193227
21. Sun Y, Shang L, Zhu QH, Fan L, Guo L. Twenty years of plant genome sequencing: achievements and challenges // Trends Plant Sci. V.27(4). P.391-401. doi: 10.1016/j.tplants.2021.10.006
22. Tuskan GA, Difazio S, Jansson S. et al. The genome of black cottonwood, Populus trichocarpa (Torr. & Gray) // Science. 2006. V.313(5793). P.1596-1604. doi: 10.1126/science.1128691
23. Unseld M, Marienfeld JR, Brandt P, Brennicke A. The mitochondrial genome of Arabidopsis thaliana contains 57 genes in 366,924 nucleotides // Nat Genet. 1997. V.15(1). P.57-61. doi: 10.1038/ng0197-57
24. Xie L, Gong X, Yang K et al. Technology-enabled great leap in deciphering plant genomes // Nat Plants. 2024. V.10(4). P.551-566. doi: 10.1038/s41477-024-01655-6
25. Yu J, Hu S, Wang J. et al. A draft sequence of the rice genome (Oryza sativa ssp. indica) // Science. 2002. V.296(5565). P.79-92. doi: 10.1126/science.1068037
26. Zhong Z, Feng S, Mansfeld BN, Ke Y, Qi W, Lim YW, Gruissem W, Bart RS, Jacobsen SE. Haplotype-resolved DNA methylome of African cassava genome // Plant Biotechnol J. 2023. V.21(2). P.247-249. doi: 10.1111/pbi.13955
27. Zhou Y, Long X, Zhang Y et. al. Advances and Challenges in Solid-State Nanopores for DNA Sequencing // Langmuir. 2025. V.41(9). P.5736-5761. doi: 10.1021/acs.langmuir.4c04961