Græskar genomer sekventeret, afslører ualmindelig evolutionær historie

For nogle, græskar fremtryller udskårne Halloween dekorationer, men for mange mennesker rundt om i verden, disse græskar giver næring. Forskere ved Boyce Thompson Institute (BTI) og National Engineering Research Center for Vegetables i Beijing har sekventeret genomerne af to vigtige græskararter, Cucurbita maxima og Cucurbita moschata.

De færdige genomer vises i oktobernummeret af Molekylær plante , som fremhæver værket på forsiden.

"Græskar bruges som basisfødevare i mange udviklingslande og dyrkes over hele verden til deres kulinariske og dekorative formål, " sagde Zhangjun Fei, lektor ved BTI, Cornell adjungeret lektor i plantepatologi og seniorforfatter af papiret. Over to tredjedele af verdens græskar, squash og græskar produceres alene i Asien.

Forskerne sekventerede de to forskellige græskararter for bedre at forstå deres kontrasterende ønskelige egenskaber:Cucurbita moschata er kendt for sin modstandsdygtighed over for sygdomme og andre belastninger, såsom ekstreme temperaturer, mens C. maxima er bedre kendt for sin frugtkvalitet og ernæring.

Derudover hybriden af ​​disse to arter, kaldet 'Shintosa' har endnu større stresstolerance end C. moschata, og bruges ofte som grundstamme til andre agurkafgrøder, såsom vandmelon, agurk, og melon. Avlere vil skære græskarfrøplanten fra dens rødder, og smelte stængler af andre agurker på den, give dem stærke, resistente rødder at vokse fra.

Når først dechifreret, genomsekvenserne er en vigtig ressource for yderligere videnskabelig forskning og forædling af Cucurbita-afgrøder. Ved at analysere genomerne, forskere vil være i stand til at identificere mange gener forbundet med græskarets ønskelige egenskaber, og bedre forstå genetikken bag de ekstreme fænotyper af 'Shintosa'-hybriden.

"Græskargenomsekvenserne af høj kvalitet vil føre til mere effektiv dissektion af den genetik, der ligger til grund for vigtige agronomiske træk, dermed fremskynde avlsprocessen for græskarforbedring, " sagde Fei.

I cucurbit-verdenen, dette betyder hurtigere avl for resistens over for sygdomme som f.eks. fusariumvisne eller meldug - den hvide film, som mange gartnere kan finde på at dræbe deres squashblade, eller øge produktionen af ​​carotenoider - de orange pigmenter forbundet med øjensundhed, blandt andre fordele.

Mens det ultimative mål for genomsekventering er at være i stand til at koble specifikke gener til de egenskaber, de kontrollerer, resultaterne af græskarsekventering afslørede også en interessant evolutionær historie for Cucurbita-arter.

Cucurbitas har store genomer med 20 par kromosomer, sammenlignet med vandmelon's 11 eller agurk's 7. Dette var det første fingerpeg om, at græskarets genom havde udvidet sig for længe siden. Ved at sammenligne Curcurbita-genomsekvenserne med sekvenserne af andre cucurbits, forskerne opdagede, at græskargenomet faktisk er en kombination af to gamle genomer, gør det til et palæotetraploid.

Selvom græskarret i dag betragtes som et diploid, hvilket betyder, at det kun har to kopier af hvert kromosom, genomsekvensanalysen viste, at for mellem 3-20 millioner år siden, to forskellige forfædres arter kombinerede deres genomer for at skabe en allotetraploid - en ny art med fire (tetra-) kopier af hvert kromosom, fra to forskellige (allo-) arter.

Typisk efter at et allotetraploid er dannet, genomet vil opleve nedskæring og gentab, til sidst transformerer den nye art tilbage til en diploid. Sommetider, et af de bidragende genomer vil dominere over de andre for at bevare flere gener, et fænomen observeret i majs og bomuld.

Interessant nok, for græskar var dette ikke tilfældet. Den gamle Cucurbita allotetraploid mistede sine duplikerede gener tilfældigt fra begge de medvirkende diploider. Desuden, det forfædres kromosom forblev stort set intakt, efterlader det moderne græskar med to subgenomer, der repræsenterer den ældgamle art, der bidrog til paleotetraploiden.

"Vi var spændte på at finde ud af, at de nuværende to subgenomer i græskar stort set opretholder kromosomstrukturerne af de to forfædre på trods af at de har delt den samme kerne i mindst tre millioner år, " sagde Shan Wu, første forfatter til papiret og BTI postdoc.

Næste gang du skærer et græskar, brug et øjeblik på at tænke over den nysgerrige evolutionære vej det tog for at komme hertil, og hvordan opdrættere, nu bevæbnet med genomsekvensen, vil være bedre i stand til at forbedre græskaret for at hjælpe med at brødføde millioner rundt om i verden.