高品質のゲノムアセンブリにより、ライ麦のゲノム特性と農学的に重要な遺伝子が強調表示されます

ゲノム進化

自然遺伝学

高品質のゲノムアセンブリにより、ライ麦のゲノム特性と農学的に重要な遺伝子が強調表示されます

Biomarker Technologies は、この研究において Pacbio シーケンス、Hi-C シーケンス、およびデータ解析に関する技術サポートを提供しました。

ハイライト

1.単一染色体サイズが1Gbを超える、染色体レベルで高品質なライ麦ゲノムを初めて取得しました。

2.Tu、Aet、Hv ゲノムと比較して、ライ麦ゲノムでは最近特有の LTR-RT イベントが観察され、これがライ麦ゲノムサイズの拡大に関与しました。

3.ライ麦と二倍体小麦の間の分岐は、小麦から大麦を分離した後に起こり、2つの事象の分岐時間は約960万年と1500万年でした。
FT 遺伝子のリン酸化は、ライ麦の初期出穂形質を制御している可能性があります。

4.選択的掃引分析により、出穂日の制御におけるScID1の関与の可能性と、ライ麦の栽培化によるその選択の可能性が示される
背景

背景

ライ麦は貴重な食用および飼料作物であり、小麦やライコムギの改良のための重要な遺伝資源であり、イネ科植物の効率的な比較ゲノミクス研究に不可欠な材料です。中国で栽培されている早生品種のウェイニンライ麦は、うどんこ病と縞さび病の両方に対する広範囲の耐性により優れています。ライ麦のエリート形質の遺伝的および分子的基礎を理解し、ライ麦および関連作物のゲノム研究と育種研究を促進するために、我々はここでウェイニンライ麦のゲノムを配列決定し、分析した。

業績

ライ麦ゲノム

ライ麦ゲノムは、PacBio SMRT リード、イルミナのショートリードシーケンス、さらにクロマチン立体構造捕捉 (Hi-C)、遺伝子マッピング、BioNano 解析からのリードを組み合わせて構築されました。組み立てられたコンティグ (7.74 Gb) は推定ゲノムサイズ (7.86 Gb) の 98.47% を占め、コンティグ (7.25 Gb) の 93.67% は 7 つの染色体に割り当てられました。反復エレメントは、構築されたゲノムの 90.31% を構成しました。

ライ麦ゲノム

2 つのライ麦在来種 (威寧 × 荊州) の交配に由来する 295 の F2 植物を使用して開発された遺伝的連鎖地図 (WJ)

7 つの組み立てられたヴァイニンライ麦染色体の Hi-C コンタクトマップ (1R ～ 7R)

ウェイニンライ麦の組み立てられた 7 つの染色体と、Lo7 x Lo255 RIL 集団を使用して開発された 7 つのライ麦連鎖グループ間のアラインメント

ライ麦ゲノムの LTR Assembly Index (LAI) 値は 18.42 であることが判明し、高度に保存された 1,440 個の BUSCO 遺伝子のうち 1,393 (96.74%) が特定されました。これらの結果は、ウェイニンライ麦ゲノム配列が遺伝子間の両方の点で高品質であることを示唆しています。そして遺伝子領域。45,596 個の高信頼性遺伝子 (HC) 遺伝子と 41,395 個の低信頼性遺伝子 (LC) 遺伝子を含む、合計 86,991 個のタンパク質コード遺伝子が予測されました。

2. TE の分析

TE の分析。Weining アセンブリの 90.31% に相当する合計 6.99 Gb に TE として注釈が付けられ、これには 537 ファミリーに属する 2,671,941 個の要素が含まれていました。この TE 含有量は、Ta (84.70%)、Tu (81.42%)、Aet (84.40%)、WEW (82.20%)、または Hv (80.80%) について以前に報告されているものより明らかに高かった。ジプシー、コピア、および未分類の RT エレメントを含む長末端反復レトロトランスポゾン (LTR-RT) が主要な TE であり、注釈付き TE コンテンツの 84.49% と組み立てられた Weining ゲノムの 76.29% を占めました。CACTA DNA トランスポゾンは 2 番目に豊富な TE であり、注釈付き TE 含量の 11.68%、組み立てられた Weining ゲノムの 10.55% を構成しました。

ライ麦のトランスポゾン要素の解析

ウェイニンライ麦は最近挿入された LTR-RT の割合が比較的高く、増幅のピークは約 50 万年前 (MYA) に現れ、これは 4 種の中で最も最近のものでした。もう 1 つのピークは約 170 万年前に発生し、より古く、オオムギでも見られました。スーパーファミリーレベルでは、ヴァイニンライ麦で0.3MYAのコピア元素のごく最近のバーストが発見されたが、ジプシーRTの増幅が主にLTR-RTバーストダイナミクスの二峰性分布パターンを形成した。

3. ライ麦のゲノム進化と染色体シンテニーの研究

ライ麦と二倍体小麦の間の分岐は小麦から大麦を分離した後に起こり、この 2 つの事象の分岐時間はそれぞれ約 960 万年と 1500 万年でした。1R、2R、3R は、それぞれ小麦のグループ 1、2、および 3 染色体と完全に共線的でした。4R、5R、6R、7R には大規模な融合とセグメントが存在することが判明しました。

4. 遺伝子重複の解析とデンプン生合成遺伝子への影響

注目すべきことに、ウェイニンライ麦の直列に重複した遺伝子（TDG）と隣接して重複した遺伝子（PDG）の数は、両方ともTu、Aet、Hv、Bd、およびOsで見つかったものよりも多かった。転位重複遺伝子(TrDG)も、TuおよびAetに特異的に見出される遺伝子よりも多かった。ライ麦のゲノム拡大には、より多くの遺伝子重複が伴います。ライ麦の TE バーストの増加により、TrDG の数が増加した可能性があります。

ライ麦ゲノムの進化的および染色体シンテニー解析

ライ麦遺伝子重複の分析とデンプン生合成関連遺伝子 (SBRG) の多様性に対するそれらの影響

5. ライ麦種子貯蔵タンパク質 (SSP) 遺伝子座の解剖

ライ麦 SSP を特定する 4 つの染色体遺伝子座 (Sec-1 ～ Sec-4) が 1R または 2R で同定されています。α-グリアジン遺伝子は、小麦とライ麦の分岐後の小麦およびその近縁種でごく最近になって進化しました。

6. 転写因子（TF）と病害抵抗性遺伝子の検査

ライ麦セカリン遺伝子座の解析

ウェイニンライ麦は、Tu (1,621)、Aet (1,758)、Hv (1,508)、Bd (1,178)、Os (1,575)、および A (1,836) よりも多くの耐病性関連 (DRA) 遺伝子 (1,989、補足データ 3) を持っていました。 )、一般的な小麦の B (1,728) および D (1,888) サブゲノム。

7. 初期出穂形質に関連する遺伝子発現特性の調査

長日条件下で比較的高い発現を示す 2 つの FT 遺伝子、ScFT1 および ScFT2 には、Weining ゲノムアセンブリで注釈が付けられました。ScFT2 (S76 および T132) のリン酸化の 2 つのアミノ酸残基と時間制御の低下との関係が判明

ウェイニンライ麦の初期出穂形質に関連する発生および遺伝子発現の特徴

8. ライ麦の栽培化に潜在的に関与する染色体領域および遺伝子座のマイニング

合計 123,647 個の SNP を使用して、栽培ライ麦と S. vavilovii 間の選択的スイープ分析を実施しました。リダクションインデックス（DRI）、固定インデックス（FST）、およびXP-CLRメソッドによって識別される11の選択スイープ信号。ScID1が出穂日の規制に関与している可能性があることが判明した。