Геном паслена американского

Природная генетика (2023)Процитировать эту статью

633 Доступа

28 Альтметрика

Подробности о метриках

Посевы картофеля (Solanum tuberosum) и томатов (Solanum lycopersicon) серьезно страдают от фитофтороза, вызываемого возбудителем оомицета Phytophthora infestans. Solanum americanum, родственник картофеля и томата, распространен по всему миру, и большинство образцов обладают высокой устойчивостью к фитофторозу. Мы создали высококачественные эталонные геномы четырех образцов S. americanum, повторно секвенировали 52 образца и определили пан-NLRome генов иммунных рецепторов S. americanum. Мы дополнительно проверили вариации распознавания 315P. infestans RXLR-эффекторы в 52 образцах S. americanum. Используя эти геномные и фенотипические данные, мы клонировали три гена, кодирующих NLR, Rpi-amr4, R02860 и R04373, которые распознают родственные эффекторы RXLR P. infestans PITG_22825 (AVRamr4), PITG_02860 и PITG_04373. Эти геномные ресурсы и методологии будут способствовать усилиям по созданию картофеля с устойчивой устойчивостью к фитофторозу и могут быть применены к болезням других культур.

Картофель – одна из наиболее потребляемых незерновых культур в мире. Однако вредители и болезни снижают глобальную урожайность примерно на 17% (ссылка 1). Фитофтороз картофеля, вызываемый возбудителем оомицета Phytophthora infestans2, спровоцировал ирландский голод в 1840-х годах и до сих пор остается наиболее разрушительным заболеванием для мирового производства картофеля1.

Иммунитет растений зависит от распознавания патогенов как рецепторами распознавания образов на клеточной поверхности (PRR), так и внутриклеточными иммунными рецепторами. Многие гены R против P. infestans (гены Rpi) были клонированы от диких родственников видов картофеля, таких как R2, R3a, R8, Rpi-blb1, Rpi-blb2 и Rpi-vnt1 из Solanum demissum, Solanum Bulbocastanum и Solanum venturii3,4. ,5,6,7,8,9,10. Однако большинство клонированных генов Rpi были побеждены быстро развивающимся патогеном.

Эффекторы P. infestans несут сигнальный пептид и мотив RXLR-EER (где X представляет собой любую аминокислоту). В эталонном геноме P. infestans (штамм T30-4) было предсказано 563 эффектора RXLR, что позволило провести скрининг распознавания этих эффекторов («эффекторомика») у различных растений11,12.

Определены эталонные последовательности генома картофеля, томатов, баклажанов и перца13,14,15,16. Также доступны поэтапные сборки генома на уровне хромосом гетерозиготного диплоидного и тетраплоидного картофеля17,18,19. Также появились пангеномные исследования сельскохозяйственных растений, включая картофель, которые проливают свет на обширные генетические вариации этих видов20,21,22,23. Были разработаны методы захвата последовательностей для секвенирования репертуаров генов NLR (RenSeq) и PRR (RLP/KSeq), что снижает сложность генома и затраты на секвенирование24,25,26. Эти методы привели ко многим важным приложениям, таким как AgRenSeq и определению пан-NLRome Arabidopsis27,28.

Диплоидный Solanum americanum обладает высокой устойчивостью к фитофторозу. Ранее наша группа клонировала Rpi-amr1 и Rpi-amr3 из нескольких устойчивых образцов S. americanum вместе с их родственными эффекторами AVRamr1 и AVRamr3 (ссылки 25,29,30,31).

Здесь мы секвенировали и собрали четыре высококачественных генома S. americanum, повторно секвенировали 52 образца и определили пан-NLRome S. americanum. Мы также проверили 315 эффекторов RXLR P. infestans в 52 образцах S. americanum. Эти геномные ресурсы и функциональные данные привели к быстрой идентификации трех новых генов, кодирующих NLR, Rpi-amr4, R02860 и R04373, которые отвечают за распознавание PITG_22825 (AVRamr4), PITG_02860 и PITG_04373 соответственно. Это исследование раскрывает картину взаимодействия эффекторного иммунитета (ETI) между S. americanum и P. infestans, что позволит нам клонировать больше генов Rpi из генофонда диких видов Solanum и углубить наши знания об устойчивости к фитофторозу у диких родственников Solanum. картофель. Дизайн генома картофеля, основанный на геномике картофеля и использовании преимуществ новых технологий селекции растений32, поможет вывести лучшие сорта картофеля с устойчивой устойчивостью к фитофторозу.

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>