Fremskridt poppelgenomik:Næsten spaltefri genomsamling afslører ny indsigt og applikationer

Et forskerhold har med succes samlet et næsten gap-frit, telomer-til-telomer (T2T) genom af Populus ussuriensis, der udfylder huller i P. trichocarpa-genomet. Ved at udnytte langlæst sekventering identificerede og annoterede teamet centromere-regioner i alle dobbelthaploide (DH) genomkromosomer, hvilket gav popler det første. Med 34.953 proteinkodende gener overgår dette genom P. trichocarpa med 465 gener.

T2T P. ussuriensis-genomet forbedrer forståelsen af ​​poppel-genomets struktur og funktioner, hvilket hjælper med poppel-evolutionære undersøgelser. Forsamlingens høje kolinearitet med P. trichocarpa letter sammenlignende genomik, epigenetisk forskning og reproduktionsbiologiske undersøgelser, hvilket markerer et væsentligt bidrag til feltet.

Popler, der er kendt for deres relativt korte livscyklus og brede tilpasningsevne, er blevet afgørende i forskellige industrier og genplantningsbestræbelser på grund af deres alsidige anvendelser og pionertræets egenskaber. På trods af deres betydning er det fortsat udfordrende at opnå genomsamlinger af høj kvalitet i poppel, især Populus trichocarpa, på grund af deres høje heterozygositet og meget gentagne sekvenser i genomerne.

Nylige fremskridt inden for sekventeringsteknologier har forbedret samlingskvaliteten, men høj genomisk heterozygositet fortsætter som en barriere. Udviklingen af ​​homozygote linjer tilbyder en potentiel løsning, men de lange unge perioder for træagtige planter giver praktiske udfordringer. Mens DH-linjer er blevet brugt i afgrødens genomsekventering, er deres anvendelse i skovtræer fortsat begrænset.

At adressere denne kløft og udvikle effektive metoder til at inducere haploide planter eller DH-linjer i poppel kunne revolutionere genomisk forskning i disse tvebotræer, hvilket muliggør mere nøjagtige og omfattende genomsamlinger for øget forståelse af deres biologi og miljøtilpasningsevne.

En undersøgelse offentliggjort i Forestry Research afslører et poppelgenom af høj kvalitet med annoterede centromerer og telomerer, hvilket letter molekylære analyser og sammenlignende genomik.

Undersøgelsen påbegyndte haploid callus-induktion fra P. ussuriensis støvknapper, identificerede haploid- og DH-calli via high-throughput-screening og udførte hel-genom-resekventering til SNP-identifikation. DH15 linje blev udvalgt, og k-mer analyse estimerede dens homozygote oprindelse og genomiske størrelse. Et gap-frit referencegenom blev konstrueret til DH15 ved hjælp af PacBio HiFi-aflæsninger og Hi-C-data, med 19 fuldt samlede kromosomer, annoterede telomerer og centromerer.

Genomet udviste høj fuldstændighed og kvalitet og overgik tidligere P. trichocarpa-samlinger. Telomerer viste forskellige længder på tværs af kromosomer, mens 19 centromerer med varierende længder og strukturer blev identificeret. Sammenlignende analyse afslørede tætte fylogenetiske forhold mellem Populus-arter. DH15-genomet med 34.953 proteinkodende gener demonstrerede en mangfoldig række af gentagne elementer. Navnlig identificerede genfamilieanalyse specifikke genfamilier beriget i fosfatmetaboliske processer. Sammenligning med andre Populus-genomer fremhævede DH15's overlegne sammenhæng og fuldstændighed, især i centromere-regioner, og afslørede nye gener og transkripter.

Ifølge undersøgelsens seniorforsker, Su Chen, "Denne raffinerede genomsamling vil være yderst instrumentel i molekylære analyser af genfunktioner i poppeltræer og muliggøre sammenlignende genomiske undersøgelser på tværs af forskellige poppelarter. Den tjener som et solidt fundament for fremtidig forskning i poppel og andre plantegenomer."

Sammenfattende opnåede denne undersøgelse en næsten hulfri samling af et meget sammenhængende poppelgenom, DH15, hvilket muliggør omfattende analyser af centromere regioner og genfunktioner, hvilket vil drive fremskridt inden for poppelgenomik, sammenlignende undersøgelser og molekylære avlsstrategier. Når man ser fremad, vil denne raffinerede genomsamling tjene som en afgørende ressource til at forstå poppelbiologi og accelerere praktiske anvendelser inden for skovbrug og bioteknologi.

Flere oplysninger: Wenxuan Liu et al., Et næsten gapløst, meget sammenhængende referencegenom for en fordoblet haploid linje af Populus ussuriensis, der muliggør avancerede genomiske undersøgelser, Skovbrugsforskning (2024). DOI:10.48130/forres-0024-0016

Leveret af Maximum Academic Press