ЕВОЛЮЦИЯ НА ГЕНОМА
природна генетика
Висококачественият геномен комплект подчертава геномните характеристики на ръжта и агрономически важните гени
PacBio |Илюмина |Оптична карта Bionano |Сглобяване на Hi-C геном |Генетична карта |Селективни почиствания |RNA-Seq |ISO-seq |SLAF-послед
Biomarker Technologies предостави техническа поддръжка за Pacbio секвениране, Hi-C секвениране и анализ на данни в това проучване.
Акценти
1. Получен е първият висококачествен ръжен геном на хромозомно ниво, който има размер на една хромозома, по-голям от 1 Gb.
2. В сравнение с Tu, Aet и Hv генома, уникални скорошни LTR-RT събития бяха наблюдавани в генома на ръжта, което беше отговорно за разширяването на размера на генома на ръжта.
3. Разминаването между ръжта и диплоидните пшеници е настъпило след отделянето на ечемика от пшеницата, като времето на разминаване за двете събития е приблизително 9,6 и 15 MYA.
Фосфорилирането на FT гените може да контролира ранната черта на заглавието в ръжта.
4. Селективният анализ показва възможно участие на ScID1 в регулирането на датата на заглавие и неговата вероятна селекция чрез опитомяване в ръжта
Заден план
Заден план
Ръжта е ценна хранителна и фуражна култура, важен генетичен ресурс за подобряване на пшеницата и тритикалето и незаменим материал за ефективни сравнителни геномни изследвания на треви.Weining ръж, ранно цъфтящ сорт, култивиран в Китай, е изключителен поради своята широкоспектърна устойчивост както на брашнеста мана, така и на ивична ръжда.За да разберем генетичната и молекулярната основа на елитните черти на ръжта и да насърчим геномните и размножителните изследвания в ръжта и свързаните с нея култури, ние тук секвенирахме и анализирахме генома на Weining ръж.
постижения
Геном на ръж
Геномът на Rye е конструиран чрез комбиниране на PacBio SMRT четения, късо четене на Illumina секвениране, както и тези от улавяне на конформация на хроматин (Hi-C), генетично картографиране и BioNano анализ.Сглобените контиги (7,74 Gb) представляват 98,47% от изчисления размер на генома (7,86 Gb), като 93,67% от контигите (7,25 Gb) са присвоени на седем хромозоми.Повтарящите се елементи представляват 90,31% от сглобения геном.
Геном на ръж
Карта на генетична връзка (WJ), разработена с помощта на 295 F2 растения, получени от кръстосването на две местни сортове ръж (Weining × Jingzhou)
Hi-C контактна карта на седемте събрани Weining ръжени хромозоми (1R – 7R)
Подравняване между седемте събрани хромозоми на Weining ръж и седемте групи на свързване на ръж, разработени с помощта на Lo7 x Lo255 RIL популация
Установено е, че стойността на индекса на сглобяване на LTR (LAI) на генома на ръжта е 18,42 и 1393 (96,74%) от 1440 силно запазени BUSCO гени са идентифицирани. Тези резултати предполагат, че последователността на генома на ръжта на Weining е с високо качество и в двете междугенни и генни региони.Предсказани са общо 86 991 гени, кодиращи протеини, включително 45 596 гени с висока степен на сигурност (HC) и 41 395 гени с ниска степен на сигурност (LC).
2. Анализ на ТЕ
Анализ на ТЕ.Общо 6,99 Gb, представляващи 90,31% от сглобката на Weining, бяха анотирани като TE, които включват 2 671 941 елемента, принадлежащи на 537 семейства.Това съдържание на TE е очевидно по-високо от докладваното по-рано за Ta (84,70%), Tu (81,42%), Aet (84,40%), WEW (82,20%) или Hv (80,80%).Дългите крайни повтарящи се ретротранспозони (LTR-RT), включително Gypsy, Copia и некласифицирани RT елементи, бяха доминиращите TE и 1 заемаше 84,49% от анотираното съдържание на TE и 76,29% от сглобения геном на Weining;CACTA ДНК транспозоните са вторите най-разпространени ТЕ, съставляващи 11,68% от анотираното съдържание на ТЕ и 10,55% от сглобения геном на Weining.
Анализ на транспозонни елементи на ръж
Weining ръжта има сравнително висок дял на скорошни вмъквания на LTR-RTs с пик на амплификация, появил се преди около 0,5 милиона години (MYA), което е най-скорошното сред четирите вида;другият пик, възникнал приблизително 1,7 MYA, беше по-стар и също се наблюдава при ечемика.На ниво суперсемейство бяха открити много скорошни изблици на елементи на Copia в ръж Weining при 0,3 MYA, докато усилванията на Gypsy RT доминантно оформиха бимодалния модел на разпределение на LTR-RT динамиката на избухване.
3. Изследване на еволюцията на генома на ръжта и хромозомните синтези
Разминаването между ръжта и диплоидните пшеници се случи след отделянето на ечемика от пшеницата, като времето на разминаване за двете събития беше съответно приблизително 9,6 и 15 MYA.1R, 2R, 3R бяха изцяло колинеарни съответно с групи 1, 2 и 3 хромозоми на пшеница.4R, 5R, 6R, 7R бяха открити съществуващи мащабни сливания и сегменти.
4. Анализ на генни дупликации и тяхното влияние върху гените за биосинтеза на нишесте
Трябва да се отбележи, че броят на тандемно дублирани гени (TDG) и проксимално дублирани гени (PDG) на Weining ръж са по-високи от тези, открити за Tu, Aet, Hv, Bd и Os.Транспонираните дублирани гени (TrDG) също са по-многобройни от тези, специално открити за Tu и Aet.Разширяването на генома на ръжта е придружено от по-голям брой генни дупликации.Повишените изблици на ТЕ в ръжта може да са довели до повишен брой TrDG.
Еволюционни и хромозомни синтетични анализи на генома на ръжта
Анализ на дублирания на гени на ръж и тяхното въздействие върху разнообразието от гени, свързани с биосинтеза на нишесте (SBRGs)
5. Дисекция на генни локуси на протеин за съхранение на семена от ръж (SSP).
Четири хромозомни локуса (Sec-1 до Sec-4), определящи SSP на ръж, са идентифицирани на 1R или 2R.α-глиадиновите гени са еволюирали едва наскоро в пшеница и тясно свързани видове след разминаването на пшеницата от ръжта.
6. Изследване на транскрипционен фактор (TF) и гени за резистентност към болести
Анализ на локуси на ръжен секалин
Weining ръжта има повече гени, свързани с устойчивост на болести (DRA) (1989, допълнителни данни 3), отколкото Tu (1621), Aet (1758), Hv (1508), Bd (1178), Os (1575) и A (1836 ), B (1728) и D (1888) субгеноми на обикновена пшеница.
7. Изследване на характеристиките на генната експресия, свързани с ранната черта на заглавието
Два FT гена с относително висока експресия при условия на дълъг ден, ScFT1 и ScFT2 , бяха анотирани в сглобяването на генома на Weining.Установено е, че два аминокиселинни остатъка от фосфорилиране на ScFT2 (S76 и T132) са свързани с понижаване на контрола на времето
Характеристики на развитието и генната експресия, свързани с ранната черта на заглавието на Weining ръж
8. Извличане на хромозомни региони и локуси, потенциално включени в опитомяването на ръжта
Общо 123 647 SNPs бяха използвани за провеждане на селективен анализ между култивирана ръж и S. vavilovii.11 селективни сигнала за почистване, идентифицирани чрез индекс на намаляване (DRI), индекс на фиксиране (FST) и метод XP-CLR.Беше установено, че ScID1 е възможно участие в регулирането на датата на заглавието.
Идентифициране и анализ на хромозомни региони и локуси, потенциално свързани с опитомяването на ръжта
справка
Li GW и др.Висококачественият геномен комплект подчертава геномните характеристики на ръжта и агрономически важните гени.Nature Genetics (2021)
Новини и Акценти има за цел да сподели най-новите успешни случаи с Biomarker Technologies, да улови нови научни постижения, както и видни техники, приложени по време на проучването.
Време на публикуване: 5 януари 2022 г