Ученые придумали новый способ искать в ДНК растений повторяющиеся участки, которые раньше было не найти. Вместо того чтобы искать точные копии, математический алгоритм анализирует статистические закономерности — это помогает обнаружить даже те фрагменты, которые изменились из-за мутаций. Так, в геноме риса нашли почти миллион повторов — они занимают больше 66% всей ДНК. Это открытие поможет создавать более урожайные и устойчивые к болезням сорта растений.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Rice Science.

Повторы в ДНК бывают двух типов:

• Расположенные подряд — как повторяющиеся слова в тексте.
• Разбросанные по всему геному — их еще называют «прыгающими генами», потому что они могут перемещаться и влиять на работу других генов.

Раньше методы поиска таких повторов работали плохо, особенно если мутаций было много. Новый алгоритм (IP-метод) строит «матрицу» — таблицу, где учитываются возможные изменения в последовательностях. Сначала она заполняется случайными значениями, а потом уточняется, пока не найдет все значимые повторы.

Позиционная весовая матрица — это таблица, в которой строки соответствуют нуклеотидам (А, Т, Г, Ц), а столбцы — их позициям в последовательности ДНК. Алгоритм использует ее, чтобы сравнивать участки генома и находить похожие, даже если они немного изменены мутациями.

Когда метод проверили на рисе, он обнаружил 992 739 повторов — на 56% больше, чем предыдущие алгоритмы.

Рис — основной продукт для миллиарда людей, поэтому улучшение его сортов критически важно. Наш метод поможет точнее редактировать геном и создавать более устойчивые культуры, — говорит Евгений Коротков, руководитель исследования.

Этот метод может:

• Ускорить селекцию — вместо долгих проб и ошибок можно сразу находить участки ДНК, влияющие на урожайность.
• Снизить зависимость от пестицидов — если понять, какие гены отвечают за устойчивость к болезням, можно выводить сорта, которые не нужно обрабатывать химией.
• Помочь адаптировать культуры к климату — например, найти гены, которые позволяют рису расти в засушливых условиях.

И все же новая технология пока требует доработки:

• Высокая вычислительная сложность — анализ больших геномов (например, пшеницы) может занять много времени.
• Риск ложных срабатываний — алгоритм может находить «похожие» участки, которые на самом деле не являются повторами.

Ранее ученые создали растения, неспособные размножаться.