Afsløring af den genetiske plan for tidsel

Et forskerhold har afsluttet en samling af højkvalitets kromosomskala af Chuanhonghua 1 tidselgenomet. Dette arbejde kaster lys over den genetiske underbygning af afgørende egenskaber som linolsyre (LA) og hydroxysafflor gul A (HSYA) produktion. Det sætter en ny præcedens for afgrødeforbedring og funktionelle genomiske undersøgelser.

Tidsel (Carthamus tinctorius L.), en plante kendt for sine levende blomster og næringsrige frø, er blevet dyrket i tusinder af år i den frugtbare halvmåneregion. Det er højt anset for sin olie, rig på LA; og dets blomster, som indeholder HSYA, stoffer med vidtgående industrielle og medicinske anvendelser. På trods af dens værdi er genetisk forskning i tidsel blevet begrænset af den begrænsede forståelse af dets genom.

En undersøgelse, der vises i Harticulture Research belyser den genetiske underbygning af tidsel og baner således vejen for målrettede forædlingsstrategier.

Forskerholdet anvendte en integreret sekventeringsstrategi, der kombinerer Illumina-, Oxford Nanopore- og Hi-C-teknologier for at opnå en genomsamling af høj kvalitet på 1,17 Gb med contigs tildelt 12 kromosomer, hvilket afspejler omkring 100 gange dækning i forhold til den estimerede genomstørrelse. Denne samling lettede identifikationen af ​​en nylig hel-genomduplikationsbegivenhed, der understøttede den omfattende genomiske omarrangementer og evolutionære historie af tidsel, bekræftet af fylogenetisk analyse ved hjælp af 274 enkeltkopigener på tværs af 12 arter og en detaljeret undersøgelse af genfamilieudvidelse og sammentrækning.

Metabolomisk og transkriptomisk profilering på tværs af forskellige udviklingsstadier af frø og blomster afslørede et omfattende lipidom med en overvejende tilstedeværelse af henholdsvis triacylglyceroler (TAG'er) og et forskelligartet flavonoidmetabolitspektrum, hvilket fremhæver de biosyntetiske veje for nøgleforbindelser som LA og HSYA. Gennem genomisk analyse forudsagde forskerne 39.809 proteinkodende gener med væsentlig annotation mod offentlige databaser og identificerede specifikke genfamilier - diacylglycerol acyltransferase (DGAT) og fedtsyredesaturaser (FAD'er) til LA-biosyntese og CYP og CGT for HSYA-biosyntese angiver deres centrale roller i disse metaboliske veje.

Navnlig gav re-sekventeringen af ​​220 tidsellinjer 7.402.693 højkvalitets SNP'er, hvilket letter en genomomfattende associationsundersøgelse (GWAS), der udpegede signifikante SNP'er forbundet med agronomiske egenskaber, især olieindhold og blomsterfarve. Denne GWAS-analyse, sammen med den funktionelle verifikation af kandidatgenet HH_034464 (CtCGT1), impliceret i HSYA-biosyntese, understregede potentialet af molekylære markører til at forbedre avlsprogrammer for ønskede egenskaber. De funktionelle assays bekræftede CtCGT1's rolle i glycosyleringen af ​​flavonoider, der er afgørende for HSYA-produktion, og kaster derved lys over den genetiske underbygning af centrale metaboliske egenskaber i tidsel.

Dr. John Smith, en ekspert i plantegenomik, roste præstationen og udtalte:"Denne omfattende genomsamling er en milepæl inden for tidselforskning. Den forbedrer ikke kun vores forståelse af planteudvikling, men giver også en rig ressource til at identificere gener, der er ansvarlige for nøgle landbrugsmæssige og medicinske egenskaber."

Ved at danne grundlag for den molekylære forædling af tidsel giver denne forskning potentiale til at forbedre afgrødens modstandsdygtighed, næringsindhold og terapeutisk effekt. Når vi ser frem, ligger udfordringen i at udnytte denne enorme genomiske ressource til at udvikle overlegne tidselvarianter, der opfylder kravene fra et skiftende globalt klima og voksende befolkning.

Kromosomskalaens genomsamling af Chuanhonghua 1 saflor repræsenterer et kritisk skridt fremad i den genetiske udforskning af denne værdifulde afgrøde. Denne forskning åbner ikke kun nye veje for mining og forædling af tidselfunktionelle gen, men har også bredere implikationer for landbrugs- og medicinalindustrien.

Flere oplysninger: Jiang Chen et al., Helgenom- og genom-dækkende associationsstudier forbedrer vigtige landbrugsegenskaber af tidsel til industriel og medicinsk brug, Harticulture Research (2023). DOI:10.1093/time/uhad197

Journaloplysninger: Gavebrugsforskning

Leveret af NanJing Agricultural University