Um novo genoma da soja chinesa liberada facilita a melhoria da cultivar de elite da soja

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Anonim

A soja (Glycine max (L.) Merr.) É uma das culturas mais importantes, fornecendo mais da metade da produção mundial de sementes oleaginosas e mais de um quarto da proteína mundial para alimentos e ração animal. Estudos indicaram que a soja cultivada foi domesticada na China há aproximadamente 5.000 anos e depois disseminada em todo o mundo. Durante o processo de introdução e disseminação, a soja passou por gargalos estritamente genéticos, resultando em acessos de diferentes áreas geográficas, possivelmente exibindo alta diversidade genética. O genoma de referência atual da soja foi seqüenciado a partir de Williams 82, que é uma cultivar domesticada na América. A Ásia é uma das maiores áreas de plantio e consumo de soja, sua produção de soja é essencial para a segurança alimentar global. Um genoma de referência de alta qualidade é crucial para a análise funcional de uma espécie. Portanto, é necessário montar um novo genoma de soja de alta qualidade a partir de acessos asiáticos de soja para facilitar o estudo da genômica funcional da soja na Ásia e o aprimoramento da cultivar de elite.

Biólogos do Instituto de Genética e Biologia do Desenvolvimento, da Academia Chinesa de Ciências, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, da Academia de Ciências Agrícolas de Jiangsu e da Berry Genomics Corporation montaram um novo genoma de soja a partir de uma subsidiária chinesa de soja "Zhonghuang 13". SMRT, Hi-C e dados de mapeamento óptico.

"Nosso genoma finalmente montado é 1.025 Gb. Seu contig N50 é 3.46 Mb e o N50 é 51.87 Mb. Até onde sabemos, é o quarto genoma de planta contíguo que foi relatado até agora." disse o Dr. Yanting Shen, o autor sênior deste trabalho. "Comparando com o genoma de referência da soja anteriormente usado, a qualidade do nosso novo genoma montado é significativamente melhorada, tem maior duração total da seqüência, maior contenção N50 e andaime N50, e menos lacunas". Além disso, após cuidadosa comparação das seqüências do genoma entre Zhonghuang 13 e Williams 82, a equipe de pesquisa descobriu que o genoma Zhonghuang 13 exibe grande número de variações genéticas com o de Williams 82. "Identificamos mais de 250.000 eventos de variação de estrutura, incluindo 1.404 translocações, 161 inversões, 1.233 translocações e inversões, 505.506 indels (1-99 pb) e 17.409 inserções específicas de adesão (> =100 pb) ", disse Yanting.

"Este trabalho é um grande esforço colaborativo de cientistas de diferentes áreas. Por exemplo, para tornar a nova anotação do genoma mais precisa e informativa, pedimos a ajuda do Dr. Jianchang Du, especialista em estudo de elementos transponíveis", disse o autor correspondente. Zhixi Tian, ​​um cientista que trabalha em um genoma funcional da soja. Através de análises abrangentes, um total de 36.429 elementos transponíveis e 52.051 genes codificadores de proteínas foram anotados no novo genoma. "QTL e GWAS são abordagens úteis para investigar as características de controle de locos. No entanto, é difícil identificar o gene causal diretamente de QTL e GWAS porque eles geralmente resultam em grandes regiões candidatas. A rede de coexpressão de genes é uma abordagem poderosa para explorar genes relações regulatórias e para predizer a função dos genes.Pensamos que uma rede de co-expressão gênica pode ajudar a mineração de genes agronômicos importantes ao lidar com QTL e GWAS.Portanto, pedimos a ajuda do Dr. Shisong Ma, especialista em rede de co-expressão genética da Universidade da Ciência e Tecnologia da China ", disse Zhixi.

"Para testar esta hipótese, estabelecemos uma rede de co-expressão gênica abrangente para os genes de anotação usando conjuntos de dados de transcriptoma de 1.978 RNA-seq de soja que depositaram no NCBI Sequence Read Archive (SRA). Esta rede contém 39.967 genes e 330.864 co-expressos pares de genes ", disse o Dr. Shisong Ma, o colaborador e um dos autores correspondentes. O uso da rede de co-expressão gênica foi testado pela exploração de novos genes relacionados ao tempo de floração da soja e ao teor de ácido linoléico. "Nossa rede de co-expressão gênica reduziu o número de genes candidatos de floração de soja de 7.971 para 26 diretamente, o que foi eficaz na mineração de genes candidatos", disse Yanting, "Além disso, confirmamos a função de um gene candidato SoyZH13_16G177400 correlacionando seu haplótipo e informações fenotípicas em nossa população natural previamente seqüenciada. " Além do gene relacionado ao florescimento, outro gene que controla o teor de ácido linoléico da soja também pode ser confirmado usando a mesma estratégia. Dr. Baoge Zhu, um biólogo que trabalha na criação de soja há mais de 20 anos do Instituto de Genética e Biologia do Desenvolvimento da Academia Chinesa de Ciências, comentou: "Este método é muito novo e útil para nossos pesquisadores e criadores de soja. pode usá-lo para selecionar genes candidatos efetivamente para fenótipos agronomicamente importantes ".

Todos os autores esperam que este novo genoma facilite a pesquisa genômica de leguminosas e a melhoria das culturas de soja no futuro.

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