4 ноября 2026
Фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru
История этой молодой научной дисциплины берет свое начало 30 лет назад, когда исследователи впервые в мире полностью секвенировали геном почкующихся дрожжей. Этот успех вдохновил международное сообщество на запуск масштабной Инициативы по изучению генома грибов, в рамках которой эксперты амбициозно предложили детально расшифровать код 15 ключевых видов, имеющих важнейшее значение для медицины и сельского хозяйства.
С тех пор благодаря стремительному удешевлению и совершенствованию технологий секвенирования наука совершила гигантский рывок вперед. На сегодняшний день в открытых базах данных по всему миру накоплено уже более 22 000 геномов, что на первый взгляд кажется триумфом цифровой биологии и биоинформатики.
Однако детальный критический обзор, который впервые совместно провели британские ученые из Ротамстедского исследовательского центра и Института Эрлхэма, показал оборотную сторону этого стремительного прогресса.
Команда исследователей проанализировала все 22 000 доступных сборок, чтобы оценить их реальное качество, полноту охвата и практическую полезность для прикладных разработок.
Оказалось, что накопление знаний идет хаотично и крайне неравномерно, создавая глубокие провалы в фундаментальном понимании структуры царства грибов. Из-за того, что коммерческий интерес лабораторий сосредоточен лишь на нескольких популярных видах, огромные и важнейшие семейства организмов остаются полностью проигнорированными.
Статистика, полученная в ходе этого масштабного аудита, выглядит удручающе: на сегодняшний день примерно только 50 процентов всех известных отрядов грибов и всего около 12 процентов их родов имеют хотя бы одну мало-мальски адекватную сборку генома.
Ситуация усугубляется тем, что новые генетические последовательности все чаще депонируются во всемирные базы данных без качественной аннотации или вообще без какого-либо текстового сопровождения.
Для практикующего ученого аннотация является главным путеводителем, так как именно она размечает код и четко объясняет, какие именно части длинной цепочки генома являются кодирующими последовательностями конкретных генов. Без этой расшифровки любая сложнейшая сборка превращается в бесполезный набор цифровых символов, который невозможно применить для создания новых лекарств или выведения устойчивых к болезням сортов растений.
Без изменения подхода к финансированию и стандартизации генетических карт ученые не смогут эффективно анализировать эволюцию патогенов и защищать мировые продовольственные ресурсы.
Критическую ситуацию с качеством поступающих данных наглядно описывает соавтор масштабного обзора и научный сотрудник Института Эрлхэма доктор Ровена Хилл. По ее словам, ежегодный прирост количества сборок геномов в открытых источниках создает лишь иллюзию бурного прогресса, так как реальная доля качественно размеченных кодов стремительно падает с каждым годом. Этот регресс сильно ограничивает полезность и практическое использование важнейших биологических ресурсов мировым научным сообществом.
Доктор Ровена Хилл подчеркивает, что сегодня глобальной науке жизненно необходимы новые системные инициативы, направленные как на радикальное ускорение процесса аннотирования, так и на повышение согласованности между описаниями геномов, без чего точное сравнение видов и понимание их эволюции остаются невозможными.
В ходе проведенного аудита исследователи наглядно доказали, что современные усилия по секвенированию распределены крайне несправедливо и сильно искажены в угоду экономической выгоде.
Настоящими монополистами в базах данных стали Аскомицеты, на долю которых приходится 79 процентов от всех существующих в мире грибных геномов. В эту группу входят культовые для пищевой промышленности пекарские и пивные дрожжи, обычные бытовые плесневые грибы, а также опаснейшие возбудители тяжелых заболеваний человека, животных и ключевых культур. Именно финансовая значимость борьбы с такими бичами полей, как фузариоз колоса, септориозная пятнистость, пирикуляриоз риса, корневая гниль и мучнистая роса, заставляет лаборатории бесконечно дублировать исследования в этой узкой нише.
На фоне такого доминирования остальные группы грибов выглядят как бедные родственники, получающие финансирование по остаточному принципу. Так, Базидиомицеты составляют всего примерно 17 процентов от общего объема изученных геномов, хотя в это огромное семейство входят не только привычные лесные съедобные грибы, но и критически важные для сельского хозяйства агрессивные возбудители ржавчины и головни, способные уничтожать целые поля зерновых.
Ситуация с оставшимися филами грибов выглядит еще более плачевно, ведь все они вместе взятые составляют скромные 4 процента от секвенированных геномов планетного масштаба. Эта генетическая слепота лишает человечество шанса открыть принципиально новые природные антибиотики и полезные почвенные микроорганизмы.
Как отмечают ведущие специалисты Ротамстедского центра, даже самые передовые технологии секвенирования пасуют перед невероятной пластичностью грибной клетки, которая способна перестраивать собственный генетический код прямо на ходу. Без создания жестких мировых стандартов для цифровых репозиториев ученые не смогут разгадать механизмы зарождения опасных болезней растений, что ставит под удар глобальную продовольственную безопасность и тормозит развитие биотехнологий.
Серьезную методологическую проблему описывает специалист по биоинформатике из Ротамстедского исследовательского центра доктор Анж Зокланклунон.
Одно из самых важных открытий проведенного аудита заключается в том, что показатели полноты генома могут кардинально различаться между группами грибов, причем происходит это даже при наличии идеальных, высококонгезивных сборок от теломер до теломер.
Доктор Анж Зокланклунон подчеркивает, что низкие показатели полноты в некоторых группах отражают не технические ограничения современных приборов секвенирования, а необычную внутреннюю организацию самого генома, включая его экстремальную компактизацию или глубокую эволюционную дивергенцию. Понимание этих фундаментальных различий критически важно для точной интерпретации данных и проведения содержательных сравнений между видами.
Ученые напоминают, что грибы одновременно выступают и как разрушительные патогены, и как незаменимые партнеры растений, поддерживающие структуру почвы и круговорот питательных веществ.
Более того, грибные культуры незаменимы в пищевой индустрии, где они служат основой для производства альтернативных заменителей мяса, работают в качестве ферментативных дрожжей и формируют уникальный вкус благородных сыров. Не стоит забывать, что и величайшие медицинские открытия человечества, включая пенициллин и статины, были впервые обнаружены и выделены именно из клеток грибов.
Связь между фундаментальной биоинформатикой и практической защитой полей объясняет ведущий автор обзора из Ротамстеда доктор Эрика Кролл. Она утверждает, что одновременное изучение множества геномов как внутри одного конкретного вида, так и в пределах целого рода, имеет жизненно важное значение для выявления скрытых механизмов болезней. Только так можно заблаговременно спрогнозировать, как именно мутирует и эволюционирует патоген в условиях постоянного воздействия химических фунгицидов или при посадке новых устойчивых сортов культур.
Точно так же детальное изучение непатогенных, дружественных грибов помогает биологам понять, какие именно полезные растительные симбионты способствуют выносливости аграрных систем, и как вообще в природе изначально возникают агрессивные патогенные признаки.
Впрочем, на пути к этому пониманию стоит еще одна серьезная преграда, которую озвучила руководитель исследовательской группы молекулярный фитопатолог доктор Ким Хаммонд-Косак.
В процессе подготовки глобального обзора выяснилось, что когда завершенные геномы наконец депонируются в общедоступные репозитории, сопутствующая им справочная информация, то есть метаданные, оказывается критически неполной. Грибные организмы демонстрируют невероятную гибкость и пластичность даже в пределах одного штамма или на разных стадиях своего жизненного цикла.
На сегодняшний день в базах данных полностью отсутствуют ключевые параметры, такие как точные уровни плоидности и анеуплоидии, наличие или отсутствие подвижных вспомогательных компартментов в виде микроскопических хромосом, а также информация о том, содержит ли конкретная клетка 1 ядро или сразу несколько генетически различных ядер.
Доктор Ким Хаммонд-Косак настаивает на острой необходимости того, чтобы мировое научное сообщество немедленно улучшило метрики репозиториев и создало единые стандарты метаданных, что кардинально повысит качество исследований и спасет будущие урожаи.
В обзоре подчеркивается острая необходимость в скоординированных глобальных инициативах для устранения таксономических пробелов, улучшения согласованности аннотаций и метаданных, а также обеспечения того, чтобы геномика грибов не отставала от геномики растений и животных.
Источник: Rothamsted Research.
https://dzen.ru/a/aunLi6CL2QDFrZfz?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop
