Блог

Jun 23, 2023

Мульти

Nature Plants (2023)Цитировать эту статью 6589 Доступов 96 Подробности Altmetric Metrics Nicotiana benthamiana — бесценное модельное растение и биотехнологическая платформа с аллотетраплоидным геномом ~3 ГБ. К

Природные растения (2023)Цитировать эту статью

6589 Доступов

96 Альтметрика

Подробности о метриках

Nicotiana benthamiana — бесценное модельное растение и биотехнологическая платформа с аллотетраплоидным геномом размером ~3 Гб. Чтобы еще больше повысить его полезность и универсальность, мы создали высококачественные сборки генома на уровне хромосом в сочетании с наборами данных транскриптома, эпигенома, микроРНК и мобильных элементов для повсеместно используемого штамма LAB и родственного дикого образца QLD. Кроме того, карты однонуклеотидного полиморфизма были составлены еще для двух лабораторных штаммов и четырех диких образцов. Несмотря на потерю пяти хромосом из предкового тетраплоида, расширение межгенных областей, широко распространенную сегментную аллополиплоидию, продвинутую диплоидизацию и свидетельства недавних всплесков подвижности псевдовируса Copia (Copia), не наблюдаемых в других геномах Nicotiana, два субгенома N. benthamiana демонстрируют большие размеры. области синтении у пасленовых. LAB и QLD имеют множество генетических, метаболических и фенотипических различий, включая несопоставимые реакции РНК-интерференции, но они в высокой степени интерферильны и поддаются редактированию генома, а также как временной, так и стабильной трансформации. Комбинация LAB/QLD может оказаться столь же полезной, как партнерство Columbia-0/Landsberg errecta, используемое с первых дней новаторской геномики Arabidopsis до сегодняшнего дня.

Род Nicotiana, насчитывающий около 75 видов, преимущественно эндемичен для Северной и Южной Америки и Австралии1. Как и большинство пасленовых, его основное число хромосом равно 12, а содержание гаплоидной ДНК варьируется от 1,37 до 6,27 Гб (ссылка 2). Секция Suaveolentes (приятно пахнущая) включает N. benthamiana и представляет собой крупнейшую группу аллотетраплоидов в роде (~35 видов) с числом хромосом от 15 до 24, что является диагностическим признаком события аллотетраплодизации с последующей потерей хромосом3,4,5 (рис. 1a). ). Почти все виды в этом разделе являются аборигенами Австралазии, которую они, по-видимому, колонизировали во время плиоценового перехода ~ 5–6 миллионов лет назад (млн лет назад). Диплоидные предки N. benthamiana, скорее всего, принадлежали к секциям Sylvestres и Noctiflorae, чьими ближайшими секвенированными современными родственниками являются N. sylvestris (~2,6 Гб) и N. glauca (~3,2 Гб)6,7,8,9,10, 11 соответственно.

а, Предполагаемая филогения и происхождение секции Suaveolentes по сравнению с другими Nicotianas. Номера хромосом указаны для каждого вида Suaveolentes. Виды, отмеченные звездочкой, являются современными родственниками предполагаемых родителей N. benthamiana и N. tabacum. б — Распространение N. benthamiana в Австралии (клетчатые регионы). Физическое местоположение изолированных образцов N. benthamiana, о которых сообщалось в этом исследовании, показано булавками, а традиционные торговые маршруты коренных народов показаны красными линиями. c, Профили среднего выброса отдельных летучих соединений цветков из LAB и QLD за 24-часовой период. Темно-синий, бензиловый спирт. Для других соединений см. расширенные данные на рис. 1. Данные представлены в виде среднего ± sem (n = 4 на точку выборки). г — продукция антоцианов через 5 дней после временной экспрессии AN-подобного MYB в LAB и QLD; правые панели показывают протопласты, изолированные из инфильтрированных участков LAB и QLD (n = 5). Масштабная линейка, 50 мкм. д, Сравнение накопления никотина и норникотина в цветках и листьях LAB и QLD. Биохимическое превращение никотина в норникотин, опосредованное деметилазой CYP82E (расширенные данные, рис. 9), показано справа. Данные представлены как среднее значение ± стандартная ошибка (n = 4). е, Сравнение накопления HGL-DTG в цветках и листьях LAB и QLD. Схематический биохимический путь показан справа. Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение (n = 4).

N. benthamiana является очень важной растительной платформой для производства биофармацевтических белков и вакцин7,12 и сыграла важную роль в фундаментальных открытиях в области РНК-интерференции (РНКи), взаимодействия растений и патогенов, инженерии метаболических путей, функциональной геномики, синтетической биологии и редактирования генов13. Вся эта работа основывалась на растениях, полученных из одного образца, который мы называем LAB, который, по-видимому, произошел из единственной коллекции возле золотого рудника Гранитс в центральной Австралии7,14,15 (рис. 1b). Недавно было описано несколько дополнительных образцов7,14,15,16.