ЭВОЛЮЦИЯ ГЕНОМА
природа генетика
Высококачественная сборка генома подчеркивает геномные характеристики ржи и агрономически важные гены.
ПакБио |Иллюмина |Оптическая карта Бионано |Сборка генома Hi-C |Генетическая карта |Выборочные проверки |РНК-секвенирование |ISO-последовательность |SLAF-последовательность
Компания Biomarker Technologies предоставила техническую поддержку по секвенированию Pacbio, секвенированию Hi-C и анализу данных в этом исследовании.
Основные моменты
1. Был получен первый высококачественный геном ржи на хромосомном уровне, размер одной хромосомы которого превышает 1 Гб.
2. По сравнению с геномами Tu, Aet и Hv, в геноме ржи недавно наблюдались уникальные события LTR-RT, которые были ответственны за увеличение размера генома ржи.
3. Дивергенция между рожью и диплоидной пшеницей произошла после отделения ячменя от пшеницы, причем время расхождения для этих двух событий составило примерно 9,6 и 15 млн лет назад.
Фосфорилирование генов FT может контролировать признак раннего колошения ржи.
4. Выборочный анализ указывает на возможное участие ScID1 в регуляции даты колошения и его вероятный отбор при одомашнивании ржи.
Фон
Фон
Рожь — ценная продовольственная и кормовая культура, важный генетический ресурс для улучшения пшеницы и тритикале, незаменимый материал для эффективных сравнительных геномных исследований трав.Рожь Вейнинг, раннецветущий сорт, выращиваемый в Китае, выделяется своей устойчивостью широкого спектра как к мучнистой росе, так и к полосатой ржавчине.Чтобы понять генетическую и молекулярную основу элитных признаков ржи и способствовать геномным и селекционным исследованиям ржи и родственных культур, мы секвенировали и проанализировали геном ржи Вейнинг.
Достижения
Геном ржи
Геном ржи был создан путем объединения чтений PacBio SMRT, короткочтенного секвенирования Illumina, а также результатов захвата конформации хроматина (Hi-C), генетического картирования и анализа BioNano.Собранные контиги (7,74 Гб) составляли 98,47% предполагаемого размера генома (7,86 Гб), при этом 93,67% контигов (7,25 Гб) относились к семи хромосомам.Повторяющиеся элементы составляли 90,31% собранного генома.
Геном ржи
Карта генетического сцепления (WJ), разработанная с использованием 295 растений F2, полученных в результате скрещивания двух местных сортов ржи (Weining × Jingzhou).
Карта контактов Hi-C семи собранных хромосом ржи Вейнинга (1R – 7R)
Выравнивание между семью собранными хромосомами ржи Вейнинг и семью группами сцепления ржи, полученными с использованием популяции RIL Lo7 x Lo255.
Значение индекса сборки LTR (LAI) генома ржи составило 18,42, и было идентифицировано 1393 (96,74%) из 1440 высококонсервативных генов BUSCO. Эти результаты позволяют предположить, что последовательность генома ржи Вейнинга имеет высокое качество как в межгенных, так и в межгенных геномах. и генные регионы.Всего было предсказано 86 991 ген, кодирующий белок, включая 45 596 генов высокой достоверности (HC) и 41 395 генов низкой достоверности (LC).
2. Анализ ТЕ
Анализ ТЕ.Всего 6,99 Гб, что составляет 90,31% сборки Weining, было аннотировано как TE, включающее 2 671 941 элемент, принадлежащий 537 семействам.Это содержание TE было явно выше, чем сообщалось ранее для Ta (84,70%), Tu (81,42%), Aet (84,40%), WEW (82,20%) или Hv (80,80%).Ретротранспозоны с длинными концевыми повторами (LTR-RT), включая Gypsy, Copia и неклассифицированные элементы RT, были доминирующими TE и занимали 84,49% аннотированного содержимого TE и 76,29% собранного генома Вейнинга;ДНК-транспозоны CACTA были вторыми по распространенности TE, составляя 11,68% аннотированного содержания TE и 10,55% собранного генома Вейнинга.
Анализ транспозонных элементов ржи
Вейнингская рожь имела сравнительно высокую долю недавних вставок LTR-RT, причем пик амплификации появился около 0,5 миллиона лет назад (MYA), что было самым последним среди четырех видов;другой пик, произошедший примерно 1,7 млн лет назад, был старше и также наблюдался у ячменя.На уровне надсемейства были обнаружены совсем недавние всплески элементов Copia во ржи Вейнинг на 0,3 млн лет назад, в то время как амплификации Gypsy RTs преимущественно формировали бимодальный характер распределения динамики всплесков LTR-RT.
3. Исследование эволюции генома ржи и синтении хромосом.
Дивергенция между рожью и диплоидной пшеницей произошла после отделения ячменя от пшеницы, причем время дивергенции для этих двух событий составило примерно 9,6 и 15 млн лет назад соответственно.1R, 2R, 3R были полностью коллинеарны группам 1, 2 и 3 хромосом пшеницы соответственно.Было обнаружено, что 4R, 5R, 6R, 7R существуют крупномасштабные слияния и сегменты.
4. Анализ дупликаций генов и их влияние на гены биосинтеза крахмала.
Примечательно, что количество тандемно-дублированных генов (TDG) и проксимально-дублированных генов (PDG) ржи Вейнинг было выше, чем количество, обнаруженное для Tu, Aet, Hv, Bd и Os.Транспонированные дуплицированные гены (TrDG) также были более многочисленными, чем те, которые были обнаружены специально для Tu и Aet.Расширение генома ржи сопровождается увеличением числа дупликаций генов.Увеличение всплесков TE во ржи могло привести к увеличению количества TrDG.
Эволюционный анализ и анализ синтении хромосом генома ржи
Анализ дупликаций генов ржи и их влияние на разнообразие генов, связанных с биосинтезом крахмала (SBRG)
5. Рассечение локусов гена запасного белка семян ржи (SSP).
Четыре хромосомных локуса (от Sec-1 до Sec-4), определяющих SSP ржи, были идентифицированы на 1R или 2R.Гены α-глиадина появились у пшеницы и близкородственных видов лишь недавно, после отделения пшеницы от ржи.
6. Исследование транскрипционного фактора (ТФ) и генов устойчивости к болезням.
Анализ локусов секалина ржи
У ржи Вейнинг было больше генов, связанных с устойчивостью к болезням (DRA) (1989, дополнительные данные 3), чем у Tu (1621), Aet (1758), Hv (1508), Bd (1178), Os (1575) и A (1836). ), B (1728) и D (1888) субгеномы мягкой пшеницы.
7. Исследование особенностей экспрессии генов, связанных с ранним признаком колошения.
Два гена FT с относительно высокой экспрессией в условиях длинного дня, ScFT1 и ScFT2, были аннотированы при сборке генома Вейнинга.Была обнаружена связь двух аминокислотных остатков фосфорилирования ScFT2 (S76 и T132) с понижением контроля времени.
Особенности развития и экспрессии генов, связанные с ранним признаком колошения ржи Вейнинг
8. Анализ хромосомных регионов и локусов, потенциально участвующих в одомашнивании ржи.
Для проведения селективного анализа между культурной рожью и S. vavilovii было использовано в общей сложности 123 647 SNP.11 сигналов выборочной развертки, идентифицированных по индексу редукции (DRI), индексу фиксации (FST) и методу XP-CLR.Было обнаружено возможное участие ScID1 в регуляции даты колошения.
Идентификация и анализ хромосомных регионов и локусов, потенциально связанных с доместикацией ржи.
Ссылка
Ли Г.В. и др.Высококачественная сборка генома подчеркивает геномные характеристики ржи и агрономически важные гены.Природная генетика (2021)
Новости и основные моменты цель – поделиться последними успешными случаями с Biomarker Technologies, фиксируя новые научные достижения, а также выдающиеся методы, примененные в ходе исследования.
Время публикации: 05 января 2022 г.