ÉVOLUTION DU GÉNOME
génétique naturelle
Un assemblage génomique de haute qualité met en évidence les caractéristiques génomiques du seigle et les gènes agronomiquement importants
PacBio |Illumine |Carte optique Bionano |Assemblée du génome Hi-C |Carte génétique |Balayages sélectifs |ARN-Seq |Séquence ISO |SLAF-séq
Biomarker Technologies a fourni un support technique sur le séquençage Pacbio, le séquençage Hi-C et l'analyse des données dans cette étude.
Points forts
1.Le premier génome de seigle de haute qualité au niveau chromosomique a été obtenu, avec une taille de chromosome unique supérieure à 1 Gb.
2. Par rapport aux génomes Tu, Aet et Hv, un événement LTR-RT récent et unique a été observé dans le génome du seigle, responsable de l'extension de la taille du génome du seigle.
3. La divergence entre le seigle et le blé diploïde a eu lieu après la séparation de l'orge du blé, les temps de divergence pour les deux événements étant d'environ 9,6 et 15 MYA.
La phosphorylation des gènes FT pourrait contrôler le caractère précoce de l'épi chez le seigle.
4. Une analyse sélective indique une implication possible de ScID1 dans la régulation de la date d'épiaison et sa sélection probable par domestication dans le seigle.
Arrière-plan
Arrière-plan
Le seigle est une culture vivrière et fourragère précieuse, une ressource génétique importante pour l'amélioration du blé et du triticale, et un matériau indispensable pour des études génomiques comparatives efficaces des graminées.Le seigle Weining, une variété à floraison précoce cultivée en Chine, se distingue par sa résistance à large spectre à l'oïdium et à la rouille jaune.Pour comprendre la base génétique et moléculaire des caractères d'élite du seigle et promouvoir les études génomiques et de sélection du seigle et des cultures apparentées, nous avons séquencé et analysé ici le génome du seigle Weining.
Réalisations
Génome du seigle
Le génome de Rye a été construit en combinant les lectures PacBio SMRT, le séquençage Illumina à lecture courte, ainsi que celles issues de la capture de conformation de la chromatine (Hi-C), de la cartographie génétique et de l'analyse BioNano.Les contigs assemblés (7,74 Go) représentaient 98,47 % de la taille estimée du génome (7,86 Go), avec 93,67 % des contigs (7,25 Go) attribués à sept chromosomes.Les éléments répétitifs constituaient 90,31 % du génome assemblé.
Génome du seigle
Carte de liaison génétique (WJ) élaborée à partir de 295 plantes F2 issues du croisement de deux variétés locales de seigle (Weining × Jingzhou)
Carte de contact Hi-C des sept chromosomes assemblés du seigle Weining (1R – 7R)
Alignement entre les sept chromosomes assemblés du seigle Weining et les sept groupes de liaison du seigle développés à l'aide de la population RIL Lo7 x Lo255
La valeur de l'indice d'assemblage LTR (LAI) du génome du seigle s'est avérée être de 18,42 et 1 393 (96,74 %) des 1 440 gènes BUSCO hautement conservés ont été identifiés. Ces résultats suggèrent que la séquence du génome du seigle Weining est de haute qualité dans les deux domaines intergéniques. et les régions géniques.Un total de 86 991 gènes codant pour des protéines, dont 45 596 gènes à haute confiance (HC) et 41 395 gènes à faible confiance (LC), ont été prédits.
2. Analyse des TE
Analyse des TE.Un total de 6,99 Go, représentant 90,31 % de l'assemblage de Weining, a été annoté comme TE, qui comprenait 2 671 941 éléments appartenant à 537 familles.Cette teneur en TE était nettement supérieure à celle rapportée précédemment pour Ta (84,70 %), Tu (81,42 %), Aet (84,40 %), WEW (82,20 %) ou Hv (80,80 %).Les rétrotransposons à répétition terminale longue (LTR-RT), comprenant les éléments Gypsy, Copia et RT non classés, étaient les TE dominants et occupaient 84,49 % du contenu en TE annoté et 76,29 % du génome de Weining assemblé ;Les transposons d'ADN CACTA étaient les deuxièmes TE les plus abondants, constituant 11,68 % du contenu en TE annoté et 10,55 % du génome de Weining assemblé.
Analyse des éléments transposons du seigle
Le seigle Weining présentait une proportion relativement élevée d'insertions récentes de LTR-RT, le pic d'amplification étant apparu il y a environ 0,5 million d'années (MYA), ce qui était la plus récente parmi les quatre espèces ;l'autre pic, survenu il y a environ 1,7 MYA, était plus ancien et également observé dans l'orge.Au niveau de la superfamille, des explosions très récentes d'éléments Copia dans le seigle Weining à 0, 3 MYA ont été trouvées, tandis que les amplifications des Gypsy RT ont façonné de manière dominante le modèle de distribution bimodale de la dynamique des rafales LTR-RT.
3. Enquête sur l'évolution du génome du seigle et les synténies chromosomiques
La divergence entre le seigle et le blé diploïde a eu lieu après la séparation de l'orge du blé, les temps de divergence pour les deux événements étant respectivement d'environ 9,6 et 15 MYA.1R, 2R, 3R étaient entièrement colinéaires avec les chromosomes des groupes 1, 2 et 3 du blé, respectivement.4R, 5R, 6R, 7R ont été découverts dans des fusions et des segments à grande échelle.
4. Analyse des duplications de gènes et de leur impact sur les gènes de biosynthèse de l'amidon
Notamment, le nombre de gènes dupliqués en tandem (TDG) et de gènes dupliqués de manière proximale (PDG) du seigle Weining était tous deux supérieur à celui trouvé pour Tu, Aet, Hv, Bd et Os.Les gènes dupliqués transposés (TrDG) étaient également plus nombreux que ceux spécifiquement trouvés pour Tu et Aet.L’expansion du génome du seigle s’accompagne d’un nombre plus élevé de duplications génétiques.L’augmentation des poussées de TE dans le seigle pourrait avoir conduit à un nombre élevé de TrDG.
Analyses évolutives et de synthèse chromosomique du génome du seigle
Analyse des duplications de gènes du seigle et de leur impact sur la diversité des gènes liés à la biosynthèse de l'amidon (SBRG)
5. Dissection des loci du gène de la protéine de stockage des graines de seigle (SSP)
Quatre locus chromosomiques (Sec-1 à Sec-4) spécifiant les SSP du seigle ont été identifiés sur 1R ou 2R.Les gènes de l'α-gliadine n'ont évolué que récemment dans le blé et dans des espèces étroitement apparentées après la divergence du blé et du seigle.
6. Examen du facteur de transcription (TF) et des gènes de résistance aux maladies
Analyse des locus sécalines du seigle
Le seigle Weining présentait plus de gènes associés à la résistance aux maladies (DRA) (1 989, données supplémentaires 3) que Tu (1 621), Aet (1 758), Hv (1 508), Bd (1 178), Os (1 575) et A (1 836). ), B (1 728) et D (1 888) sous-génomes du blé tendre.
7. Enquête sur les caractéristiques d'expression génique associées au trait de cap précoce
Deux gènes FT avec une expression relativement élevée dans des conditions de jours longs, ScFT1 et ScFT2, ont été annotés dans l'assemblage du génome de Weining.Deux résidus d'acides aminés de la phosphorylation de ScFT2 (S76 et T132) ont été trouvés en relation avec une diminution du contrôle du temps
Caractéristiques du développement et de l'expression génique associées au caractère précoce de l'épi du seigle Weining
8. Exploitation de régions chromosomiques et de loci potentiellement impliqués dans la domestication du seigle
Au total, 123 647 SNP ont été utilisés pour effectuer une analyse sélective entre le seigle cultivé et S. vavilovii.11 signaux de balayage sélectifs identifiés par l'indice de réduction (DRI), l'indice de fixation (FST) et la méthode XP-CLR.ScID1 s'est avéré possiblement impliqué dans la régulation de la date d'épiaison.
Identification et analyse de régions chromosomiques et de locus potentiellement liés à la domestication du seigle
Référence
Li GW et al.Un assemblage génomique de haute qualité met en évidence les caractéristiques génomiques du seigle et les gènes agronomiquement importants.Génétique naturelle (2021)
Actualités et faits saillants vise à partager les derniers cas réussis avec Biomarker Technologies, en capturant de nouvelles réalisations scientifiques ainsi que des techniques importantes appliquées au cours de l'étude.
Heure de publication : 05 janvier 2022