Учени са разкриват реда на генома на „свещения лотос”, откритие, което може да разкрие много тайни, свързани със стареенето и генетичните дефекти.
Екип от 70 учени от САЩ, Китай, Австралия и Япония съобщи, че е подредил и анотирал геномът на „свещения лотос”, за който се вярва, че има силна генетична система, която поправя генетични дефекти и може да разкрие тайните на успешното стареене. Учените са секвенирали повече от 86% от почти 27 000 гена на растението Nelumbo nucifera, което е почитано в Китай и други страни като символ на духовна чистота и дълголетие.
„Геномът на лотоса е древен и ние вече знаем неговата азбука,” казва Джейн Шен-Милър, един от тримата кореспондиращи автори на изследването и старши научен изследовател към Центъра за изследване на еволюцията и произхода на живота в UCLA. „Сега молекулярните биолози могат по-лесно да изследват как гените на това растение се включват и изключват по време на стрес и защо неговите семена могат да живеят 1 300 години. Това е стъпка към разбирането на тайните против стареене, които свещения лотос предлага.”
Изследването е публикувано в журнала „Геномна биология” (Genome Biology).
Според Шен-Милър генетичните механизми за възстановяване на лотоса могат да бъдат много полезни, ако е възможно пренасянето им върху хора или посеви като ориз, царевица и пшеница, продължителността на живота на чиито семена е само няколко години. „Ако нашите гени можеха да се възстановяват от заболявания, така както го правят тези на лотоса, ние бихме имали по-здравословно стареене. Трябва да научим повече за възстановителните механизми и за биохимичните, физиологичните и молекулярните свойства на това растение, но все пак неговия геном сега е открит за всички.”
В ранните 90 години на миналия век Шен-Милър ръководи изследователски екип на UCLA, който открива жизнеспособно семе на лотос на възраст от почти 1300 години в Североизточен Китай. Това е забележително откритие, имайки предвид, че семената на много други растения остават жизнеспособни не повече от 20 години.
През 1996 Шен-Милър ръководи друго посещение в Китай. В провинцията Лиаонинг нейният екип, с помощта на местни фермери, събира около 100 семена на лотос, повечето от които на възраст около 450-500 години. Изненадващо за изследователите, повече от 80% от семената, тествани за жизнеспособност, покълват. Според Шен-Милър това показва, че растението има силна генетична система, способна да поправя дефекти по покълването, които произхождат от стотиците години стареене.
Разбирането на това как възстановителния механизъм на лотоса работи и неговите възможни намеси в човешкото здраве е в основата си процес от 3 стъпки, казва Кристен Блеби-Хаас, учен по химия и биохимия в UCLA и съавтор на изследването. „Разбирането на секвенцията на генома беше първата стъпка. Втората стъпка ще бъде идентифицирането на гените, които допринасят за дълголетието и възстановяването на генетични повреди. Третата стъпка ще бъде потенциалното им приложение в човешкото здраве, ако открием и характеризираме тези гени. Геномната секвенция ще бъде от полза в бъдещите анализи”.
„Следващият въпрос е какво правят тези гени, а най-големият въпрос е как те допринасят за дълголетието на растението и другите негови интересни атрибути,” казва Блеби-Хаас. „Преди това, когато учените са изследвали лотоса, е било все едно са слепи, сега те могат да виждат. Веднъж знаейки репертоара от гени, вече имаме основата за изучаване на техните функции.”
Секвенцията на генома на лотоса, сравнена с познати генни секвенции на дузина други растения, разкрива, че лотоса има най-голяма прилика с прародителя на всички еудикоти – широка категория цъфтящи растения, които включват ябълкови, фъстъкови, доматови, памучни, кактусови и тютюневи растения.
Лотосът формира отделен клон на това семейно дърво; на него му е чуждо сигнатурното утрояване на генома, виждано при повечето други членове на семейството, казва Рей Минг, професор по растителна биология в университета на Илинойс в Урбана-Шампейн, който ръководи анализите с Шен-Милър и Шаохуа Ли, директор на ботаническата градина Лухан към Китайската академия на науките.
Дупликациите на целия геном – удвояването или утрояването на целия генетичен фонд на един организъм – са важни събития в еволюцията на растенията, казва Минг. Някои от дублираните гени запазват оригиналните си структура и функции,а други постепенно се адаптират и развиват свои собствени функции. Ако тези промени са полезни, генът продължава; ако са вредни – изчезва от генома.
Много селскостопански посеви, включително диня, захарна тръстика и пшеница, се възползват от дупликации на генома, казва Робърт ВанБурен, студент в лабораторията на Минг и съавтор на изследването.
Геномът на повечето от еудикотите се е утроил преди повече от 100 милиона години, но изследователите откриват, че лотосът претърпява отделна дупликация на целия геном преди около 65 милиона години.
Според Шен-Милър експертите по стареене и стрес ще изучават с нетърпение гените на лотоса, поради неговото необикновено дълголетие. „Лотосът може да отлежава 1000 години и дори да преживее мразовито време,” казва тя. „Неговият генетичен състав може да пребори стреса. Повечето посеви нямат много дълъг срок на годност. Нишестетата и протеините в семената на лотоса обаче остават активни и силно спомагат покълването, дори след векове.”
Необикновената генетика на лотоса му придава някои уникални умения за оцеляване. Листата му отблъскват мръсотия и вода, цветовете му произвеждат топлина, за да привличат опрашители, а покритието на плода му съдържа антибиотици и восък, които подсигуряват жизнеспособността на семето, което се намира в него.
Блеби-Хаас изследва лотусните гени, които може би са включени в обработването на метали. Едно семейство гени привлича нейното внимание. „Открихме, че лотосът има 16 от тези гени, докато повечето растения имат само един или два,” казва тя. „Не знаем дали това е изключително важен протеин за лотоса, поради което той се нуждае от толкова много такива гени, или дупликацията позволява появата на нови функции.”
Тези гени може да са свързани с уникалната среда на лотоса, който расте с корени, потопени във вода. (Лотосът е бил сухоземно растение, което се е приспособило към водата.)
Свещеният лотос е известен от геоложките данни от преди 135 милиона години, когато динозаврите са бродели по Земята, казва Шен-Милър. Отглеждано е от поне 4000 години в Китай, където всяка част от него дълго е използвана за храна и лекарства.
Съавторът Сабееха Мърчант е професор по биохимия в UKLA, чиято лаборатория изследва биологията на метали като желязо, мед и цинк. Други съавтори са Дж. Уилиам Шопф, директор на Центъра по изучаване на еволюцията и произхода на живота в UCLA и професор в департамента по Земни и космически науки, който изучава геологията на езерото, в което са открити семената; и Стивън Карпович, бивш студент в лабораторията на Мърчант в UCLA, който към момента се намира в Източния орегонски университет.
Публикация: Рей Минг, и др. „Геном на дълголетния свещен лотос (Nelumbo nucifera Gaertn.)” (“Genome of the long-living sacred lotus (Nelumbo nucifera Gaertn.),” Genome Biology 2013, 14:R41; doi:10.1186/gb-2013-14-5-r41)