Biomics

В результате секвенирования все большего числа геномов любой природы (ядерных, хлоропластных, а также и митохондриальных) стало очевидно, что ни один референсный геном того или иного вида не отражает все генетическое разнообразие, присущее этому виду, вследствие чего стало развиваться секвенирование геномов нескольких образцов конкретного вида и составляться так называемые пангеномы, а геномика по сути стала превращаться пангеномику. Полных ядерных геномов растений секвенировано уже у более чем полутора тысяч видов, полные пластомы секвенированы у более чем 13 тысяч видов, тогда как полные митогеномы секвенированы у менее чем 300 видов растений. Причиной такого «отставания» в секвенировании митогеномов растений служат их большие размеры по сравнению с пластомами (в среднем около 400 тысяч п.н.), трудности сборки прочитанных нуклеотидных последовательностей ввиду множества повторяющихся элементов, а также меньшая ясность их структурной организации и активные рекомбинационные процессы. Несмотря, на главным образом, матрилинейное наследование митогеномов и пластомов – это разные генетические системы со своими скоростями эволюции, разными мутационными и рекомбинационными процессами и может быть полезным сравнение близкородственных видов с построением филогенетических древ по геномам обеих органелл. Причем весьма важно знать внутривидовой полиморфизм нуклеотидных последовательностей митогеномов, что ведет к составлению пан-митогеномов, которых для растений составлено пока совсем немного. Так, составлен пан-митогеном для рапса и супер пан-митогеном для ряда видов цитрусовых. Помимо них еще для 20 видов секвенированы по два и более митогенома, что можно считать пангеномным подходом. И в этом митогеномы растений сильно отстают, тогда как ядерных пангеномов растений составлено около полутора сотен, а панпластомы составлены для трех десятков видов и еще у 130 видов секвенированы множественные пластомы.

митохондриальная ДНК, митогеном, пан-митогеном, секвенирование, растения

1. Абрамичева П.А., Андрианова Н.В., Бабенко В.А. и др. Митохондриальная сеть: электрический кабель и многое другое // Биохимия. Т.88(10). С.1926-1939. DOI: 10.31857/S0320972523100147
2. Горюнов Д.В., Нагаев Б.Э., Николаев М.Ю. и др. Использование нуклеотидного пангенома митохондриальных геномов для реконструкции филогении мхов // Биохимия. Т.81(1). С.115-121.
3. Тарасенко В.И., Тарасенко Т.А., Кулинченко М.В. и др. Импорт ДНК в митохондрии растений: комплексный подход для изучения in organelle и in vitro // Биохимия. 2019. Т.84(7). С.1036-1048. DOI: 10.1134/S032097251907011X
4. Хахина Л.Н. Проблема симбиогенеза. Ист.-критич. очерк исслед. отеч. ботаников. Ленинград : Наука. Ленингр. отд-ние, 1979. 156 с.
5. Юрина Н.П., Одинцова М.С. Геномы митохондрий фотосинтезирующих эукариот // Биохимия. 2016. Т.81(2). С.191-205.
6. Achakkagari SR, Bozan I, Anglin NL et al. Complete mitogenome assemblies from a panel of 13 diverse potato taxa // Mitochondrial DNA B Resour. 2021. V.6(3). P.894-897. doi: 10.1080/23802359.2021.1886016
7. Achakkagari SR, Tai HH, Davidson C et al. The complete mitogenome assemblies of 10 diploid potato clones reveal recombination and overlapping variants // DNA Res. 2021a V.28(4). dsab009. doi: 10.1093/dnares/dsab009
8. Altmann R. Über Nucleinsäuren // Archiv für Anatomie und Physiologie. 1889. V. 5-6. P. 524–536.
9. Altmann R. Die Elementarorganisnmen und ihre Beziehungen zu den Zellen. Leipzig, Veit Co., 1890. 145 P.
10. Andersson SG, Zomorodipour A, Andersson JO et al. The genome sequence of Rickettsia prowazekii and the origin of mitochondria // Nature. 1998 Nov 12;396(6707):133-40. doi: 10.1038/24094
11. Benda C. Über die Spermatogenese der Vertebraten und höheren. Evertebraten. II Theil: die Histiogenese der Spermien // Anal. Physiol. 1898. V.73. P. 393-398.
12. Bensley R.R., Hoerr N. The preparation and properties of mitochondria // Anat. Rec. 1934. V.60. P.449-456.
13. 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
14. Bohra A, Tiwari A, Pareek S et al. Past and future of cytoplasmic male sterility and heterosis breeding in crop plants // Plant Cell Rep. 2025. V.44(2). 33. doi: 10.1007/s00299-024-03414-5
15. Brankovics B, Kulik T, Sawicki J et al. First steps towards mitochondrial pan-genomics: detailed analysis of Fusarium graminearum mitogenomes // Peer J. 2018. V.6. e5963. doi: 10.7717/peerj.5963
16. Chung KP. Cytoplasmic inheritance: The transmission of plastid and mitochondrial genomes across cells and generations // Plant Physiol. 2025. V.198(1). kiaf168. doi: 10.1093/plphys/kiaf168
17. Cowdry EV. Historical background of research on mitochondria // J Histochem Cytochem. 1953. V.1(4). P.183-187. doi: 10.1177/1.4.183
18. Cowdry N.H. A Comparison of Mitochondria in Plant and Animal Cells // Biological Bulletin. 1917. V. 33(3). P. 196-228. doi: 10.2307/1536370
19. Cupp JD, Nielsen BL. Minireview: DNA replication in plant mitochondria // Mitochondrion. 2014. V.19. Pt B. P.231-237. doi: 10.1016/j.mito.2014.03.008
20. Deng W, Cai X. Complete mitochondrial genome of Ficus hirta and its comparative analysis // Front Genet. 2025. V.16. 1530105. doi: 10.3389/fgene.2025.1530105
21. Douce R, Christensen EL, Bonner WD Jr. Preparation of intact plant mitochondria // Biochim Biophys Acta. 1972. V.275(2). P.148-160. doi: 10.1016/0005-2728(72)90035-7
22. Drouin G, Daoud H, Xia J. Relative rates of synonymous substitutions in the mitochondrial, chloroplast and nuclear genomes of seed plants // Mol Phylogenet Evol. 2008. V.49(3). P.827-831. doi: 10.1016/j.ympev.2008.09.009
23. Du W, Sun Q, Hu S, Yu P, Kan S, Zhang W. Equus mitochondrial pangenome reveals independent domestication imprints in donkeys and horses // Sci Rep. 2025. V.15(1). 6803. doi: 10.1038/s41598-025-91564-1
24. Ernster L, Schatz G. Mitochondria: a historical review // J Cell Biol. 1981. V.91(3). P.227s-255s. doi: 10.1083/jcb.91.3.227s
25. Feng Y, Liu Y, Han J et al. Decoding the mitogenome of rosemary (Salvia rosmarinus): insights into genome evolution, structural dynamics and prospects for mitochondrial engineering // BMC Plant Biol. 2025. V.25(1). 488. doi: 10.1186/s12870-025-06516-8
26. Gray MW, Burger G, Lang BF. Mitochondrial evolution // Science. 1999. V.283(5407). P.1476-1481. doi: 10.1126/science.283.5407.1476
27. Gualberto JM, Newton KJ. Plant Mitochondrial Genomes: Dynamics and Mechanisms of Mutation // Annu Rev Plant Biol. 2017. V.68. P.225-252. doi: 10.1146/annurev-arplant-043015-112232
28. Guo L, Lao G, He L et al. De Novo Assembly and Comparative Analysis of Mitochondrial Genomes of Two Pueraria montana Varieties // Int J Mol Sci. 2024. V.25(11). 5656. doi: 10.3390/ijms25115656
29. Hao M, Yang W, Lu W et al. Characterization of the Mitochondrial Genome of a Wheat AL-Type Male Sterility Line and the Candidate CMS Gene // Int J Mol Sci. 2021. V.22(12). 6388. doi: 10.3390/ijms22126388
30. He T, Ding X, Zhang H et al. Comparative analysis of mitochondrial genomes of soybean cytoplasmic male-sterile lines and their maintainer lines // Funct Integr Genomics. 2021. V.21(1). P.43-57. doi: 10.1007/s10142-020-00760-x
31. He X, Zhang X, Deng Y et al. Structural Reorganization in Two Alfalfa Mitochondrial Genome Assemblies and Mitochondrial Evolution in Medicago Species // Int J Mol Sci. 2023. V.24(24). 17334. doi: 10.3390/ijms242417334
32. Hisano H, Tsujimura M, Yoshida H et al. Mitochondrial genome sequences from wild and cultivated barley (Hordeum vulgare) // BMC Genomics. 2016. V.17(1). 824. doi: 10.1186/s12864-016-3159-3
33. Jo YD, Choi Y, Kim DH, Kim BD, Kang BC. Extensive structural variations between mitochondrial genomes of CMS and normal peppers (Capsicum annuum) revealed by complete nucleotide sequencing // BMC Genomics. 2014. V.15(1). 561. doi: 10.1186/1471-2164-15-561
34. Kersten B, Faivre Rampant P, Mader M et al. Genome Sequences of Populus tremula Chloroplast and Mitochondrion: Implications for Holistic Poplar Breeding // PLoS One. 2016. V.11(1). e0147209. doi: 10.1371/journal.pone.0147209
35. 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
36. Li L, Li X, Liu Y et al. Comparative analysis of the complete mitogenomes of Camellia sinensis sinensis and C. sinensis var. assamica provide insights into evolution and phylogeny relationship // Front Plant Sci. 2024. V.15. 1396389. doi: 10.3389/fpls.2024.1396389
37. Liang H, Qi H, Wang C et al. Analysis of the complete mitogenomes of three high economic value tea plants (Tea-oil Camellia) provide insights into evolution and phylogeny relationship // Front Plant Sci. 2025. V.16. 1549185. doi: 10.3389/fpls.2025.1549185
38. Liu H, Cui P, Zhan K et al. Comparative analysis of mitochondrial genomes between a wheat K-type cytoplasmic male sterility (CMS) line and its maintainer line // BMC Genomics. 2011. V.12. 163. doi: 10.1186/1471-2164-12-163
39. Liu H, Hou Z, Xu L et al. Comparative analysis of organellar genomes between diploid and tetraploid Chrysanthemum indicum with its relatives // Front Plant Sci. 2023. V.14. 1228551. doi: 10.3389/fpls.2023.1228551
40. Liu H, Zhao W, Hua W, Liu J. A large-scale population based organelle pan-genomes construction and phylogeny analysis reveal the genetic diversity and the evolutionary origins of chloroplast and mitochondrion in Brassica napus // BMC Genomics. 2022. V.23(1). 339. doi: 10.1186/s12864-022-08573-x
41. Lonsdale DM. A review of the structure and organization of the mitochondrial genome of higher plants // Plant Mol Biol. 1984. V.3(4). P.201-206. doi: 10.1007/BF00029655
42. Margulis L. Origin of Eukaryotic Cells. Evidence and Research Implications for a Theory of the Origin and Evolution of Microbial, Plant, and Animal Cells on the Precambrian Earth. New Haven: Yale University Press. 1970. 349 P.
43. McCauley DE. Paternal leakage, heteroplasmy, and the evolution of plant mitochondrial genomes // New Phytol. V.200(4). P.966-977. doi: 10.1111/nph.12431
44. Meves F. Uber das Vorkommen von Mitochondrien bezw. Chondromiten in Pflanzenzellen // Deutsch. Botan. Gesellsch. 1904. V. 22. P. 284-286
45. Michaelis P. Cytoplasmic inheritance in Epilobium and its theoretical significance // Adv Genet. 1954. V.6. 1954. P.287-401. doi: 10.1016/S0065-2660(08)60132-7
46. Møller IM, Rasmusson AG, Van Aken O. Plant mitochondria - past, present and future // Plant J. V.108(4). P.912-959. doi: 10.1111/tpj.15495
47. Munasinghe M, Ågren JA. When and why are mitochondria paternally inherited? // Curr Opin Genet Dev. 2023. V.80. 102053. doi: 10.1016/j.gde.2023.102053
48. Palmer J., Shields C. Tripartite structure of the Brassica campestris mitochondrial genome // Nature. 1984. V.307, 437–440. doi: 10.1038/307437a0
49. Payne F. The chondiosomes as bearers of the hereditary qualities // Nat. 1909. V.43. P.190-192.
50. Putintseva Y.A., Bondar E.I., Simonov E.P. et al. Siberian larch (Larix sibirica) mitochondrial genome assembled using both short and long nucleotide sequence reads is currently the largest known mitogenome // BMC Genomics. 2020. V.21. 654. doi: 10.1186/s12864-020-07061-4
51. 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. Т.17(1). P. 77-87. DOI: 10.31301/2221-6197.bmcs.2025-6
52. Skippington E, Barkman TJ, Rice DW, Palmer JD. Miniaturized mitogenome of the parasitic plant Viscum scurruloideum is extremely divergent and dynamic and has lost all nad genes // Proc Natl Acad Sci USA. 2015. V.112(27). E3515-24. doi: 10.1073/pnas.1504491112
53. Sloan DB. One ring to rule them all? Genome sequencing provides new insights into the 'master circle' model of plant mitochondrial DNA structure // New Phytol. V.200(4). P.978-985. doi: 10.1111/nph.12395
54. Starkenburg SR, Kwon KJ, Jha RK et al. A pangenomic analysis of the Nannochloropsis organellar genomes reveals novel genetic variations in key metabolic genes // BMC Genomics. 2014. V.15. 212. doi: 10.1186/1471-2164-15-212
55. Štorchová H, Krüger M. Methods for assembling complex mitochondrial genomes in land plants // J Exp Bot. V.75(17). P.5169-5174. doi: 10.1093/jxb/erae034
56. Suyama Y, Bonner WD. DNA from plant mitochondria // Plant Physiol. 1966. V.41(3). P.383-388. doi: 10.1104/pp.41.3.383
57. Szandar K, Jakub S, Paukszto Ł et al. Are the Organellar Genomes Useful for Fine Scale Population Structure Analysis of Endangered Plants?-A Case Study of Pulsatilla patens (L.) // Genes (Basel). 2022. V.14(1). 67. doi: 10.3390/genes14010067
58. Tabidze V, Pipia I, Gogniashvili M et al. Whole genome comparative analysis of four Georgian grape cultivars // Mol Genet Genomics. V.292(6). P.1377-1389. doi: 10.1007/s00438-017-1353-x
59. Taniguchi E, Satoh K, Ohkubo M et al. Nuclear DNA segments homologous to mitochondrial DNA are obstacles for detecting heteroplasmy in sugar beet (Beta vulgaris) // PLoS One. 2023. V.18(8). e0285430. doi: 10.1371/journal.pone.0285430
60. Tarasenko T.A., Klimenko E.S., Tarasenko V.I. et al. Plant mitochondria import DNA via membrane complexes involving various VDAC isoforms // Mitochondrion. 2021. V.60. P.43-58. doi: 10.1016/j.mito.2021.07.006
61. Tian X, Zheng J, Hu S, Yu J. The rice mitochondrial genomes and their variations // Plant Physiol. 2006. V.140(2). P.401-410. doi: 10.1104/pp.105.070060
62. 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
63. Van de Paer C, Bouchez O, Besnard G. Prospects on the evolutionary mitogenomics of plants: A case study on the olive family (Oleaceae) // Mol Ecol Resour. 2018. V.18(3). P.407-423. doi: 10.1111/1755-0998.12742
64. van Westerhoven AC, Dijkstra J, Aznar Palop JL et al. Frequent genetic exchanges revealed by a pan-mitogenome graph of a fungal plant pathogen // mBio. 2024. V.15(12). e0275824. doi: 10.1128/mbio.02758-24
65. Wang J, Kan S, Liao X et al. Plant organellar genomes: much done, much more to do // Trends Plant Sci. 2024. 29(7). P.754-769. doi: 10.1016/j.tplants.2023.12.014
66. Wang J, Xu G, Ning Y et al. Mitochondrial functions in plant immunity // Trends Plant Sci. 2022. V.27(10). P.1063-1076. doi: 10.1016/j.tplants.2022.04.007
67. Wang N, Li C, Kuang L et al. Pan-mitogenomics reveals the genetic basis of cytonuclear conflicts in citrus hybridization, domestication, and diversification // Proc Natl Acad Sci USA. V.119(43). e2206076119. doi: 10.1073/pnas.2206076119
68. Wang R, Cai X, Hu S et al. Comparative Analysis of the Mitochondrial Genomes of Nicotiana tabacum: Hints Toward the Key Factors Closely Related to the Cytoplasmic Male Sterility Mechanism // Front Genet. 2020. V.11. 257. doi: 10.3389/fgene.2020.00257
69. Woloszynska M. Heteroplasmy and stoichiometric complexity of plant mitochondrial genomes--though this be madness, yet there's method in't // J Exp Bot. 2010. V.61(3). P.657-671. doi: 10.1093/jxb/erp361
70. Xuan L, Qi G, Li X et al. Comparison of Mitochondrial Genomes between a Cytoplasmic Male-Sterile Line and Its Restorer Line for Identifying Candidate CMS Genes in Gossypium hirsutum // Int J Mol Sci. 2022. V.23(16). 9198. doi: 10.3390/ijms23169198
71. Yildiz G, Ozkilinc H. Pan-Mitogenomics Approach Discovers Diversity and Dynamism in the Prominent Brown Rot Fungal Pathogens // Front Microbiol. V.12. 647989. doi: 10.3389/fmicb.2021.647989
72. Zhang GJ, Dong R, Lan LN et al. Nuclear Integrants of Organellar DNA Contribute to Genome Structure and Evolution in Plants // Int J Mol Sci. 2020. 21(3). 707. doi: 10.3390/ijms21030707
73. Zhang S, Wang J, He W et al. Variation in mitogenome structural conformation in wild and cultivated lineages of sorghum corresponds with domestication history and plastome evolution // BMC Plant Biol. 2023. V.23(1). 91. doi: 10.1186/s12870-023-04104-2
74. Zhang Y, Guo X, Ma R et al. Assembly and analysis of the complete mitochondrial genome of Prunus davidiana (Rosaceae) // Front Plant Sci. 2025. V.16. 1558619. doi: 10.3389/fpls.2025.1558619