GENOEM EVOLUTIE
natuur genetica
Een hoogwaardige genoomassemblage benadrukt de genomische kenmerken van rogge en agronomisch belangrijke genen
PacBio |Illumina |Bionano optische kaart |Hi-C genoomassemblage |Genetische kaart |Selectieve sweeps |RNA-Seq |ISO-seq |SLAF-seq
Biomarker Technologies bood in dit onderzoek technische ondersteuning bij Pacbio-sequencing, Hi-C-sequencing en data-analyse.
Hoogtepunten
1. Het eerste roggegenoom van hoge kwaliteit op chromosomaal niveau werd verkregen, dat een enkele chromosoomgrootte groter dan 1 Gb heeft.
2. Vergeleken met het Tu-, Aet- en Hv-genoom werden unieke recente LTR-RT-gebeurtenissen waargenomen in het Rye-genoom, die verantwoordelijk waren voor de uitbreiding van de omvang van het roggegenoom.
3. De divergentie tussen rogge en diploïde tarwe vond plaats na de scheiding van gerst en tarwe, waarbij de divergentietijden voor de twee gebeurtenissen ongeveer 9,6 en 15 MYA bedroegen.
Fosforylatie van FT-genen kan de vroege kopeigenschap in rogge controleren.
4. Selectieve sweep-analyse wijst op een mogelijke betrokkenheid van ScID1 bij de regulering van de koersdatum en de waarschijnlijke selectie ervan door domesticatie in rogge
Achtergrond
Achtergrond
Rogge is een waardevol voedsel- en voedergewas, een belangrijke genetische hulpbron voor de verbetering van tarwe en triticale, en een onmisbaar materiaal voor efficiënt vergelijkend genomisch onderzoek bij grassen.Weining-rogge, een vroegbloeiende variëteit die in China wordt geteeld, onderscheidt zich door zijn breedspectrumresistentie tegen zowel echte meeldauw als strepenroest.Om de genetische en moleculaire basis van de kenmerken van de rogge-elite te begrijpen en om de genomische en veredelingsstudies in rogge en aanverwante gewassen te bevorderen, hebben we hier het genoom van Weining-rogge gesequenced en geanalyseerd.
Prestaties
Rogge genoom
Het Rye-genoom werd geconstrueerd door het combineren van PacBio SMRT-reads, short-read Illumina-sequencing, evenals die van chromatine-conformatie-capture (Hi-C), genetische mapping en BioNano-analyse.De verzamelde contigs (7,74 Gb) waren goed voor 98,47% van de geschatte genoomgrootte (7,86 Gb), waarbij 93,67% van de contigs (7,25 Gb) toegewezen was aan zeven chromosomen.Repetitieve elementen vormden 90,31% van het samengestelde genoom.
Rogge genoom
Genetische koppelingskaart (WJ) ontwikkeld met behulp van 295 F2-planten afgeleid van de kruising van twee roggelandrassen (Weining × Jingzhou)
Hi-C-contactkaart van de zeven geassembleerde Weining-roggechromosomen (1R – 7R)
Uitlijning tussen de zeven geassembleerde chromosomen van Weining-rogge en de zeven roggekoppelingsgroepen ontwikkeld met behulp van Lo7 x Lo255 RIL-populatie
De LTR Assembly Index (LAI)-waarde van het Rye-genoom bleek 18,42 te zijn en 1.393 (96,74%) van de 1.440 sterk geconserveerde BUSCO-genen werden geïdentificeerd. Deze resultaten suggereren dat de Weining-roggegenoomsequentie van hoge kwaliteit is in zowel intergene genen als genen. en genetische regio's.Er werden in totaal 86.991 eiwitcoderende genen voorspeld, waaronder 45.596 genen met hoog vertrouwen (HC) en 41.395 genen met weinig vertrouwen (LC).
2. Analyse van TE's
Analyse van TE's.Een totaal van 6,99 Gb, wat neerkomt op 90,31% van de Weining-assemblage, werd geannoteerd als TE's, die 2.671.941 elementen bevatten die tot 537 families behoorden.Dit TE-gehalte was duidelijk hoger dan eerder gerapporteerd voor Ta (84,70%), Tu (81,42%), Aet (84,40%), WEW (82,20%) of Hv (80,80%).De lange terminale herhaalde retrotransposons (LTR-RT's), waaronder Gypsy, Copia en niet-geclassificeerde RT-elementen, waren de dominante TE's en bezetten 84,49% van de geannoteerde TE-inhoud en 76,29% van het geassembleerde Weining-genoom;CACTA DNA-transposons waren de op een na meest voorkomende TE's en vormden 11,68% van het geannoteerde TE-gehalte en 10,55% van het geassembleerde Weining-genoom.
Analyse van transposonelementen van rogge
Weining-rogge had een relatief hoog aandeel recente inserties van LTR-RT's, waarbij de piek van amplificatie ongeveer 0,5 miljoen jaar geleden (MYA) verscheen, wat de meest recente van de vier soorten was;de andere piek, die ongeveer 1,7 MYA bedroeg, was ouder en werd ook waargenomen bij gerst.Op superfamilieniveau werden zeer recente uitbarstingen van Copia-elementen in Weining-rogge bij 0,3 MYA gevonden, terwijl de versterkingen van zigeuner-RT's dominant het bimodale distributiepatroon van de LTR-RT-burstdynamiek vormden.
3. Onderzoek naar de evolutie van het roggegenoom en de chromosoomsyntenies
De divergentie tussen rogge en diploïde tarwe vond plaats na de scheiding van gerst en tarwe, waarbij de divergentietijden voor de twee gebeurtenissen respectievelijk ongeveer 9,6 en 15 MYA bedroegen.1R, 2R, 3R waren volledig collineair met respectievelijk de groepen 1, 2 en 3 chromosomen van tarwe.4R, 5R, 6R, 7R bleken grootschalige fusies en segmenten te bestaan.
4. Analyse van genduplicaties en hun impact op zetmeelbiosynthesegenen
Met name de aantallen tandem gedupliceerde genen (TDG's) en proximaal gedupliceerde genen (PDG's) van Weining-rogge waren beide hoger dan die gevonden voor Tu, Aet, Hv, Bd en Os.Getransponeerde gedupliceerde genen (TrDG's) waren ook talrijker dan die specifiek gevonden voor Tu en Aet.De uitbreiding van het roggegenoom gaat gepaard met een groter aantal genduplicaties.De toegenomen TE-uitbarstingen in rogge hebben mogelijk geleid tot een verhoogd aantal TrDG's.
Evolutionaire en chromosoomsyntenieanalyses van het roggegenoom
Analyse van duplicaties van roggegenen en hun impact op de diversiteit van aan zetmeelbiosynthese gerelateerde genen (SBRG's)
5. Dissectie van loci voor genen voor roggezaadopslageiwit (SSP).
Vier chromosomale loci (Sec-1 tot Sec-4) die rogge-SSP's specificeren zijn geïdentificeerd op 1R of 2R.α-gliadine-genen zijn pas onlangs ontwikkeld in tarwe en nauw verwante soorten na de divergentie van tarwe van rogge.
6. Onderzoek van transcriptiefactor (TF) en ziekteresistentiegenen
Analyse van rogge-secalin-loci
Weining-rogge had meer ziekteresistentie-geassocieerde (DRA) genen (1.989, aanvullende gegevens 3) dan Tu (1.621), Aet (1.758), Hv (1.508), Bd (1.178), Os (1.575) en de A (1.836). ), B (1.728) en D (1.888) subgenomen van zachte tarwe.
7. Onderzoek naar genexpressiekenmerken geassocieerd met vroege koerskenmerken
Twee FT-genen met relatief hoge expressie onder lange dagen, ScFT1 en ScFT2, werden geannoteerd in de Weining-genoomassemblage.Twee aminozuurresiduen van ScFT2 (S76 en T132) fosforylering bleken verband te houden met het verlagen van de tijdcontrole
Ontwikkelings- en genexpressiekenmerken geassocieerd met de vroege kopeigenschap van Weining-rogge
8. Ontginning van chromosomale gebieden en loci die mogelijk betrokken zijn bij de domesticatie van rogge
Er werden in totaal 123.647 SNP's gebruikt om selectieve sweepanalyses uit te voeren tussen gecultiveerde rogge en S. vavilovii.11 selectieve sweepsignalen geïdentificeerd door reductie-index (DRI), fixatie-index (FST) en XP-CLR-methode.ScID1 bleek mogelijk betrokken te zijn bij de regulering van de koersdatum.
Identificatie en analyse van chromosomale regio's en loci die mogelijk verband houden met de domesticatie van rogge
Referentie
LiGW et al.Een hoogwaardige genoomassemblage benadrukt de genomische kenmerken van rogge en agronomisch belangrijke genen.Natuurgenetica (2021)
Nieuws en hoogtepunten heeft tot doel de nieuwste succesvolle cases te delen met Biomarker Technologies, waarbij nieuwe wetenschappelijke prestaties worden vastgelegd, evenals prominente technieken die tijdens het onderzoek worden toegepast.
Posttijd: 05-jan-2022