EVOLUCIJA GENOMA
prirodna genetika
Visokokvalitetni sklop genoma ističe genomske karakteristike raži i agronomski važne gene
PacBio |Illumina |Bionano optička karta |Hi-C sklop genoma |Genetska karta |Selektivna čišćenja |RNA-Seq |ISO-seq |SLAF-seq
Biomarker Technologies pružio je tehničku podršku za Pacbio sekvenciranje, Hi-C sekvenciranje i analizu podataka u ovoj studiji.
Naglasci
1. Dobiven je prvi genom raži visoke kvalitete na kromosomskoj razini, koji ima veličinu jednog kromosoma veću od 1 Gb.
2. U usporedbi s genomom Tu, Aet i Hv, jedinstveni nedavni LTR-RT događaj primijećen je u genomu raži, koji je bio odgovoran za proširenje veličine genoma raži.
3. Divergencija između raži i diploidne pšenice dogodila se nakon odvajanja ječma od pšenice, pri čemu su vremena divergencije za ta dva događaja približno 9,6 i 15 MYA.
Fosforilacija gena FT može kontrolirati svojstvo ranog klanja u raži.
4. Selektivna sweep analiza ukazuje na moguću uključenost ScID1 u regulaciju datuma rasta i njegovu vjerojatnu selekciju pripitomljavanjem u raži
Pozadina
Pozadina
Raž je vrijedan prehrambeni i krmni usjev, važan genetski resurs za poboljšanje pšenice i tritikalea te nezamjenjiv materijal za učinkovita komparativna genomska istraživanja trava.Weining raž, rano cvjetajuća sorta koja se uzgaja u Kini, izvanredna je zbog svoje otpornosti širokog spektra i na pepelnicu i na hrđu.Kako bismo razumjeli genetsku i molekularnu osnovu elitnih svojstava raži i promicali genomske i uzgojne studije u raži i srodnim usjevima, ovdje smo sekvencirali i analizirali genom Weining raži.
Dostignuća
Genom raži
Genom Rye konstruiran je kombiniranjem očitavanja PacBio SMRT, Illumina sekvenciranja kratkog čitanja, kao i onih iz hvatanja konformacije kromatina (Hi-C), genetskog mapiranja i BioNano analize.Skupljeni kontigi (7,74 Gb) činili su 98,47% procijenjene veličine genoma (7,86 Gb), s 93,67% kontiga (7,25 Gb) dodijeljenih sedam kromosoma.Ponavljajući elementi činili su 90,31% sastavljenog genoma.
Genom raži
Mapa genetske povezanosti (WJ) razvijena pomoću 295 F2 biljaka dobivenih križanjem dviju domaćih sorti raži (Weining × Jingzhou)
Hi-C kontaktna karta sedam sastavljenih Weining kromosoma raži (1R – 7R)
Usklađivanje između sedam sastavljenih kromosoma Weiningove raži i sedam skupina povezivanja raži razvijenih pomoću Lo7 x Lo255 RIL populacije
Utvrđeno je da vrijednost LTR skupnog indeksa (LAI) genoma raži iznosi 18,42, a identificirano je 1393 (96,74%) od 1440 visoko očuvanih BUSCO gena. Ovi rezultati sugeriraju da je Weiningova sekvenca genoma raži visoke kvalitete u oba međugena i genske regije.Predviđeno je ukupno 86 991 gena koji kodiraju proteine, uključujući 45 596 gena visoke pouzdanosti (HC) i 41 395 gena niske pouzdanosti (LC).
2. Analiza TE
Analiza TE.Ukupno 6,99 Gb, što predstavlja 90,31% Weining sklopa, označeno je kao TE, što uključuje 2.671.941 element koji pripada 537 obitelji.Ovaj sadržaj TE bio je jasno viši od onog prethodno prijavljenog za Ta (84,70%), Tu (81,42%), Aet (84,40%), WEW (82,20%) ili Hv (80,80%).Retrotranspozoni dugog terminalnog ponavljanja (LTR-RT), uključujući Gypsy, Copia i neklasificirane RT elemente, bili su dominantni TE, a 1 je zauzimao 84,49% označenog sadržaja TE i 76,29% sastavljenog Weining genoma;CACTA DNA transpozoni bili su drugi najzastupljeniji TE, čineći 11,68% označenog sadržaja TE i 10,55% sastavljenog Weining genoma.
Analiza transpozonskih elemenata raži
Weining raž imala je relativno visok udio nedavnih umetanja LTR-RT s vrhuncem pojačanja koji se pojavio prije otprilike 0,5 milijuna godina (MYA), što je bilo najnovije među četiri vrste;drugi vrhunac, koji se dogodio otprilike 1,7 MYA, bio je stariji i također je viđen u ječmu.Na razini superfamilije pronađeni su vrlo nedavni izboji Copia elemenata u Weining raži na 0,3 MYA, dok su pojačanja Gypsy RT dominantno oblikovala bimodalni uzorak distribucije LTR-RT dinamike izbijanja.
3. Istraživanje evolucije genoma raži i sintenije kromosoma
Divergencija između raži i diploidne pšenice dogodila se nakon odvajanja ječma od pšenice, pri čemu su vremena divergencije za ta dva događaja bila približno 9,6 odnosno 15 MYA.1R, 2R, 3R bili su potpuno kolinearni sa skupinama 1, 2 i 3 kromosoma pšenice.4R, 5R, 6R, 7R pronađeno je da postoje velike fuzije i segmenti.
4. Analiza duplikacija gena i njihov utjecaj na gene za biosintezu škroba
Značajno je da su brojevi tandemski dupliciranih gena (TDG) i proksimalno dupliciranih gena (PDG) Weining raži bili veći od onih pronađenih za Tu, Aet, Hv, Bd i Os.Transponirani duplicirani geni (TrDG) također su bili brojniji od onih posebno pronađenih za Tu i Aet.Širenje genoma raži prati veći broj duplikacija gena.Povećani izboji TE u raži možda su doveli do povišenog broja TrDG-ova.
Evolucijske analize i analize kromosomske sintenije genoma raži
Analiza duplikacija gena raži i njihov utjecaj na raznolikost gena povezanih s biosintezom škroba (SBRG)
5. Disekcija genskih lokusa skladišnog proteina sjemena raži (SSP).
Četiri kromosomska lokusa (Sec-1 do Sec-4) koji specificiraju SSP raži identificirani su na 1R ili 2R.Geni α-glijadina evoluirali su tek nedavno u pšenici i blisko srodnim vrstama nakon divergencije pšenice od raži.
6. Ispitivanje transkripcijskog faktora (TF) i gena otpornosti na bolesti
Analiza lokusa sekalina raži
Weining raž imala je više gena povezanih s otpornošću na bolesti (DRA) (1989, dodatni podaci 3) nego Tu (1621), Aet (1758), Hv (1508), Bd (1178), Os (1575) i A (1836 ), B (1.728) i D (1.888) podgenoma obične pšenice.
7. Istraživanje značajki ekspresije gena povezanih s osobinom ranog rasta
Dva FT gena s relativno visokom ekspresijom u uvjetima dugog dana, ScFT1 i ScFT2, označena su u sklopu Weiningovog genoma.Utvrđena je povezanost dva aminokiselinska ostatka fosforilacije ScFT2 (S76 i T132) sa smanjenjem kontrole vremena
Značajke razvoja i ekspresije gena povezane s ranim svojstvom raži Weining raži
8. Miniranje kromosomskih regija i lokusa potencijalno uključenih u pripitomljavanje raži
Ukupno 123.647 SNP-ova korišteno je za provođenje selektivne analize sweep između uzgojene raži i S. vavilovii.11 selektivnih sweep signala identificiranih indeksom redukcije (DRI), indeksom fiksacije (FST) i XP-CLR metodom.Utvrđeno je da je ScID1 moguća uključenost u regulaciju datuma naslova.
Identifikacija i analiza kromosomskih regija i lokusa potencijalno povezanih s pripitomljavanjem raži
Referenca
Li GW i sur.Visokokvalitetni sklop genoma ističe genomske karakteristike raži i agronomski važne gene.Nature Genetics (2021)
Vijesti i istaknuto ima za cilj podijeliti najnovije uspješne slučajeve s Biomarker Technologies, bilježeći nova znanstvena dostignuća kao i istaknute tehnike primijenjene tijekom studije.
Vrijeme objave: 5. siječnja 2022