Репортаж от Wedoany，Команда исследователя Шэнпина Чжана из Института овощей и цветов Китайской академии сельскохозяйственных наук опубликовала в журнале Nature Genetics новое исследование, в котором был создан крупнейший на сегодняшний день и наиболее качественный хромосомный пангеном огурца, систематически раскрывающий ключевую роль структурных вариантов в географической адаптации и эволюции признаков огурца. Интегрировав 133 образца зародышевой плазмы огурца, команда выявила более 135 000 высоконадёжных структурных вариантов, впервые клонировав ген устойчивости к парше CsCcu, который был скрыто утерян в эталонном геноме, и ген длины плода CsSPL1, регулируемый редкими вариантами, что предоставило системные геномные инструменты для молекулярной селекции огурца.
Исследовательская группа выявила 1960 вариантов числа копий генов (gCNV), которые значительно обогащены в горячих точках рекомбинации генома. Анализ с помощью индекса дифференциации популяций (VST) показал, что в локусе гена флоригена огурца CsFT существует ранее не описанный тандемный дупликационный вариант, который является причинным вариантом, стимулирующим повышение экспрессии CsFT и фенотип раннего цветения, обеспечивая генетическую основу для экспансии огурца в высокие широты.
В этом исследовании был создан пангенный набор NLR огурца (PanNLRome), всего идентифицировано 8835 генов NLR, разнообразие которых в популяции в основном происходит от аллельных вариантов между гаплотипами. В отношении гена устойчивости к парше Ccu исследовательская группа провела GWAS-анализ гаплотипов на основе PanNLRome, выявив TNL-ген и подтвердив его функцию устойчивости к болезням с помощью технологии редактирования генов. Анализ гаплотипов показал, что только Hap1 проявляет устойчивость, что указывает на то, что пангеномный подход может компенсировать скрытую потерю функциональных генов в едином эталонном геноме.
В этом исследовании были интегрированы 125 вновь собранных геномов и 8 опубликованных геномов, всего идентифицировано 135 597 высоконадёжных неповторяющихся структурных вариантов, включая 71 344 делеции, 55 891 вставку, 550 инверсий, 3411 дупликаций и 4401 транслокацию, с точностью подтверждения методом ПЦР 96,05%. В вновь собранном диком образце зародышевой плазмы CG88 был обнаружен ранее не описанный кариотип, в котором хромосомы 4 и 7 несут по одной крупной инверсии, что было независимо подтверждено данными Hi-C. Анализ популяционных eQTL и селекции показал, что структурные варианты играют важную регуляторную роль в экспрессии генов.
SNP-основанный и SV-основанный GWAS-анализ 38 агрономических признаков показал, что более 60% сигналов ассоциации являются уникальными для SV-основанного GWAS. Для ключевого признака длины плода генетический вклад редких структурных вариантов достигает примерно 40%. Исследовательская группа провела анализ внутри каждой географической группы, успешно выявив 34 ранее скрытых значимых локуса, среди которых редкая вставка LTR в первом экзоне гена CsSPL1 в евразийской группе была подтверждена как положительный регулятор длины плода. Дальнейший анализ показал, что паттерн дифференциации частот аллелей CsSPL1 в высокой степени согласуется с историей одомашнивания огурца, а различия в селекционных предпочтениях в разных регионах привели к гаплотипическим различиям.
Институт овощей и цветов Китайской академии сельскохозяйственных наук является первым учреждением, указанным в данной статье. Исследователь Шэнпин Чжан, доцент-исследователь Шаоюнь Дун и профессор Чжунхуа Чжан из Циндаоского сельскохозяйственного университета являются авторами-корреспондентами. Исследование было поддержано Национальной ключевой лабораторией биологической селекции овощей, Национальной ключевой программой исследований и разработок, Молодёжным инновационным проектом Китайской академии сельскохозяйственных наук и проектом Национальной системы современного сельскохозяйственного промышленного технологического обеспечения.
