ナスアメリカヌスゲノム | 上海GAPear株式会社

Nature Genetics (2023)この記事を引用

633 アクセス

28 オルトメトリック

メトリクスの詳細

ジャガイモ (Solanum tuberosum) とトマト (Solanum lycopersicon) 作物は、卵菌の病原体 Phytophthora infestans によって引き起こされる疫病により深刻な被害を受けています。ジャガイモやトマトの近縁種である Solanum americanum は世界中に分布しており、ほとんどの系統は疫病耐性が高いです。我々は、4 つの S. americanum アクセッションの高品質参照ゲノムを生成し、52 のアクセッションを再配列し、S. americanum 免疫受容体遺伝子の汎 NLRome を定義しました。さらに、315P の認識の変動についてスクリーニングしました。 52 の S. americanum アクセッションにおける infestans RXLR エフェクター。これらのゲノムおよび表現型データを使用して、同族の P. infestans RXLR エフェクター PITG_22825 (AVRamr4)、PITG_02860、および PITG_04373 を認識する 3 つの NLR コード遺伝子、Rpi-amr4、R02860、および R04373 をクローニングしました。これらのゲノムリソースと方法論は、耐久性のある疫病抵抗性を備えたジャガイモを操作する取り組みをサポートし、他の作物の病気にも適用できます。

ジャガイモは世界中で最も消費されている非穀物作物の 1 つです。しかし、害虫や病気により世界の収量は最大 17% 減少します (参考文献 1)。卵菌の病原体 Phytophthora infestans2 によって引き起こされるジャガイモ疫病は、1840 年代にアイルランドの飢餓を引き起こし、今でも世界のジャガイモ生産にとって最も被害を及ぼしている病気です1。

植物の免疫は、細胞表面パターン認識受容体 (PRR) と細胞内免疫受容体の両方による病原体認識に依存しています。 P. infestans に対する多くの R 遺伝子 (Rpi 遺伝子) は、ジャガイモ種の野生近縁種からクローン化されました。たとえば、Solanum demissum、Solanum bullocastanum、Solanum venturii からの R2、R3a、R8、Rpi-blb1、Rpi-blb2、Rpi-vnt1 などが挙げられます。、5、6、7、8、9、10。しかし、クローン化された Rpi 遺伝子のほとんどは、急速に進化する病原体によって克服されました。

P. infestans エフェクターはシグナルペプチドと RXLR-EER モチーフを持っています (X は任意のアミノ酸を表します)。 P. infestans 参照ゲノム (T30-4 株) では、563 個の RXLR エフェクターが予測され、さまざまな植物におけるこれらのエフェクターの認識 (「エフェクターミクス」) のスクリーニングが可能になりました 11,12。

ジャガイモ、トマト、ナス、ピーマンの参照ゲノム配列が決定されています13、14、15、16。ヘテロ接合性の 2 倍体および 4 倍体ジャガイモの段階的な染色体レベルのゲノムアセンブリも入手可能です 17、18、19。ジャガイモを含む作物植物のパンゲノム研究も明らかになり、これらの種における広範な遺伝的変異が明らかになりました20、21、22、23。植物の NLR (RenSeq) および PRR (RLP/KSeq) 遺伝子レパートリーを配列決定するための配列捕捉法が開発されており、ゲノムの複雑さと配列決定のコストを削減しています 24,25,26。これらの方法は、AgRenSeq などの多くの重要な応用につながり、シロイヌナズナの汎 NLRome を定義しています 27,28。

二倍体ナス・アメリカナムは疫病に対して非常に耐性があります。以前、我々のグループは、いくつかの耐性S. americanumアクセッションからRpi-amr1およびRpi-amr3を、それらの同族エフェクターAVRamr1およびAVRamr3とともにクローン化した（参考文献25、29、30、31）。

今回我々は、S. americanum の 4 つの高品質ゲノムを配列決定して組み立て、52 のアクセッションを再配列し、S. americanum の汎 NLRome を定義しました。また、52 の S. americanum 登録における 315 の P. infestans RXLR エフェクターをスクリーニングしました。これらのゲノムリソースと機能データにより、それぞれPITG_22825 (AVRamr4)、PITG_02860、PITG_04373の認識に関与する3つの新しいNLRコード遺伝子、Rpi-amr4、R02860、R04373が迅速に同定されました。この研究により、S. americanum と P. infestans の間のエフェクター誘発免疫 (ETI) 相互作用の状況が明らかになりました。これにより、野生ナス種の遺伝子プールからより多くの Rpi 遺伝子をクローニングし、ナスの近縁野生種における疫病抵抗性についての知識を深めることが可能になります。じゃがいも。新しい植物育種技術32を活用したジャガイモゲノミクスによって推進されるジャガイモゲノム設計は、耐久性のある疫病抵抗性を備えたより優れたジャガイモ品種の開発に役立ちます。

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>