솔라넘 아메리카누스 게놈 | 상하이 GAPear 주식회사

Nature Genetics (2023)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

감자(Solanum tuberosum)와 토마토(Solanum lycopersicon) 작물은 난균 병원균인 Phytophthora infestans에 의한 역병으로 심각한 손실을 입습니다. 감자와 토마토의 친척인 솔라눔 아메리카눔(Solanum americanum)은 전 세계적으로 분포하며 대부분의 식물은 마름병 저항성이 매우 높습니다. 우리는 4개의 S. americanum 수탁에 대한 고품질 참조 게놈을 생성하고, 52개의 수탁을 재배열하고, S. americanum 면역 수용체 유전자의 범NLRome을 정의했습니다. 우리는 315P 인식의 변화를 추가로 조사했습니다. 52개의 S. americanum 가입에 있는 infestans RXLR 이펙터. 이러한 게놈 및 표현형 데이터를 사용하여 우리는 동족 P. infestans RXLR 이펙터 PITG_22825 (AVRamr4), PITG_02860 및 PITG_04373을 인식하는 세 가지 NLR 코딩 유전자 Rpi-amr4, R02860 및 R04373을 복제했습니다. 이러한 게놈 자원과 방법론은 내구성 있는 역병 저항성을 갖춘 감자를 가공하는 노력을 지원하고 다른 작물의 질병에 적용될 수 있습니다.

감자는 전 세계적으로 가장 많이 소비되는 비곡물 작물 중 하나입니다. 그러나 해충과 질병은 전 세계 수확량을 ~17%까지 감소시킵니다(참고 1). 난균 병원균인 Phytophthora infestans2에 의해 발생하는 감자 역병은 1840년대 아일랜드 기근을 촉발시켰으며 여전히 전 세계 감자 생산에 가장 큰 피해를 주는 질병입니다1.

식물 면역은 세포 표면 패턴 인식 수용체(PRR)와 세포내 면역 수용체에 의한 병원체 인식에 따라 달라집니다. P. infestans에 대한 많은 R 유전자(Rpi 유전자)는 Solanum demissum, Solanumbulbocastanum 및 Solanum Venturii의 R2, R3a, R8, Rpi-blb1, Rpi-blb2 및 Rpi-vnt1과 같은 감자 종의 야생 친척으로부터 복제되었습니다3,4 ,5,6,7,8,9,10. 그러나 대부분의 복제된 Rpi 유전자는 빠르게 진화하는 병원체에 의해 극복되었습니다.

P. 인페스탄스 이펙터는 신호 펩타이드와 RXLR-EER 모티프(여기서 X는 임의의 아미노산을 나타냄)를 운반합니다. P. infestans 참조 게놈(T30-4 계통)에서는 563개의 RXLR 이펙터가 예측되어 다양한 식물에서 이러한 이펙터('효과체학')를 인식할 수 있는 화면이 가능해졌습니다11,12.

감자, 토마토, 가지 및 고추의 참조 게놈 서열이 결정되었습니다13,14,15,16. 이형접합 이배체 및 사배체 감자의 단계적 염색체 수준 게놈 어셈블리도 이용 가능합니다17,18,19. 감자를 포함한 작물에 대한 범유전체 연구도 등장하여 이들 종의 광범위한 유전적 변이를 밝혀냈습니다20,21,22,23. 게놈 복잡성과 시퀀싱 비용을 줄이는 식물 NLR(RenSeq) 및 PRR(RLP/KSeq) 유전자 레퍼토리를 시퀀싱하기 위해 시퀀스 캡처 방법이 개발되었습니다. 이러한 방법은 AgRenSeq와 같은 많은 중요한 응용 분야로 이어졌고 Arabidopsis27,28의 pan-NLrome을 정의했습니다.

Diploid Solanum americanum은 역병에 대한 저항력이 뛰어납니다. 이전에 우리 그룹은 동족 이펙터 AVRamr1 및 AVRamr3(참조 25,29,30,31)과 함께 여러 내성 S. americanum 수탁자로부터 Rpi-amr1 및 Rpi-amr3을 복제했습니다.

여기에서 우리는 S. americanum의 4개의 고품질 게놈을 시퀀싱 및 조립하고 52개의 수탁 서열을 재배열하고 S. americanum의 pan-NLrome을 정의했습니다. 우리는 또한 52개의 S. americanum 가입에서 315개의 P. infestans RXLR 이펙터를 선별했습니다. 이러한 게놈 자원과 기능적 데이터를 통해 각각 PITG_22825(AVRamr4), PITG_02860 및 PITG_04373 인식을 담당하는 세 가지 새로운 NLR 인코딩 유전자인 Rpi-amr4, R02860 및 R04373이 신속하게 식별되었습니다. 이 연구는 야생 Solanum 종의 유전자 풀에서 더 많은 Rpi 유전자를 복제하고 야생 친척의 역병 저항성에 대한 지식을 심화시킬 수 있는 S. americanum과 P. infestans 사이의 효과기 유발 면역(ETI) 상호 작용 환경을 공개합니다. 감자. 새로운 식물 육종 기술32을 활용하는 감자 유전체학에 기반한 감자 게놈 설계는 내구성이 뛰어난 역병 저항성을 갖춘 더 나은 감자 품종을 개발하는 데 도움이 될 것입니다.

1 Mb in size) are marked in orange./p>1 Mb in size), comprising 26 inversion and 19 inter-chromosome translocation events, between the S. americanum and potato genomes (Fig. 1b and Supplementary Fig. 5). In contrast, 67 large CRs (30 inversions and 37 inter-chromosome translocations) were found between S. americanum and eggplant (Fig. 1b). Notably, CRs were not evenly distributed across the genome. No CR was identified on chromosome 2 between S. americanum and potato, while 11 CRs occurred on chromosome 11./p>1 Mb in size). Using SP1102 as the reference, we identified 56 large SVs in SP2271 (Supplementary Fig. 6a), impacting ~256 Mb of the reference genome. However, only 14 large SVs were identified in SP2273, covering ~54 Mb of the reference genome (Supplementary Fig. 6b). Most of the SVs reside in single contigs and are supported by the Hi-C interaction map, suggesting the high reliability of SV identification (Supplementary Fig. 6c and Supplementary Table 1). The large differences in SV numbers among S. americanum genomes shed light on their complex evolutionary history. We further characterized the small SVs (40 bp–1 Mb in size) among S. americanum genomes and found that SVs might contribute to the differential expression of 1,084 genes between SP1102 and SP2271 leaves (Supplementary Note 2 and Supplementary Figs. 7 and 8)./p>1 Mb in length), we aligned the chromosome-grade assembly (SP2271 and SP2273) to the SP1102 reference genome by using MUMMER with parameters: ‘--batch 1 -t 20 -l 100 -c 500’ and further filtered the alignment with parameters: ‘-i 90 -l 100’. SyRI v1.4 was adopted to identify SVs based on the alignment delta files; only large SVs were kept for further analysis. We adopted the Hi-C interaction map and SV location to validate the large SVs. Of the 70 SVs identified in SP2271 and SP2273, 68 SVs reside in single contig, suggesting high reliability. Of these, 40 SVs could be verified by a Hi-C interaction map./p> 40 bp in length) among S. americanum genomes following the pipeline of SVIM-asm78. The contig assemblies of SP2271, SP2273 and SP2275 were aligned to the SP1102 reference using minimap2 (ref.76) with the following parameters ‘--paf-no-hit -a -x asm5 --cs -r2k’. SVs, which consist of insertions, deletions, duplications and inversions were identified using SVIM-asm with ‘haploid’ mode. The SVs were further annotated by SnpEff79./p>