Enthüllung des genetischen Bauplans der Färberdistel

Ein Forschungsteam hat eine qualitativ hochwertige Zusammenstellung des Saflorgenoms Chuanhonghua 1 im Chromosomenmaßstab abgeschlossen. Diese Arbeit wirft Licht auf die genetischen Grundlagen entscheidender Merkmale wie Linolsäure (LA) und Produktion A der gelben Hydroxysaflorpflanze (HSYA). Es stellt einen neuen Präzedenzfall für die Verbesserung von Nutzpflanzen und Studien zur funktionellen Genomik dar.

Färberdistel (Carthamus tinctorius L.), eine Pflanze, die für ihre leuchtenden Blüten und nährstoffreichen Samen bekannt ist, wird seit Tausenden von Jahren in der fruchtbaren Halbmondregion angebaut. Es wird wegen seines LA-reichen Öls sehr geschätzt; und seine Blüten, die HSYA enthalten, Substanzen mit vielfältigen industriellen und medizinischen Anwendungen. Trotz ihres Werts ist die genetische Forschung an Saflor durch das begrenzte Verständnis seines Genoms eingeschränkt.

Eine Studie veröffentlicht in Gartenbauforschung klärt die genetischen Grundlagen der Färberdistel auf und ebnet den Weg für gezielte Züchtungsstrategien.

Das Forschungsteam nutzte eine integrierte Sequenzierungsstrategie, die Illumina-, Oxford Nanopore- und Hi-C-Technologien kombinierte, um eine hochwertige 1,17-GB-Genomassemblierung mit Contigs zu erhalten, die 12 Chromosomen zugeordnet waren, was einer Abdeckung von etwa dem 100-fachen der geschätzten Genomgröße entspricht. Diese Zusammenstellung erleichterte die Identifizierung eines kürzlichen Duplikationsereignisses des gesamten Genoms und stützte die umfangreichen genomischen Umlagerungen und die Evolutionsgeschichte der Färberdistel, bestätigt durch eine phylogenetische Analyse unter Verwendung von 274 Einzelkopie-Genen aus 12 Arten sowie eine detaillierte Untersuchung der Expansion und Kontraktion von Genfamilien.

Die metabolomische und transkriptomische Profilierung in verschiedenen Stadien der Samen- und Blütenentwicklung ergab ein umfassendes Lipidom mit einem vorherrschenden Vorkommen von Triacylglycerinen (TAG) und einem vielfältigen Spektrum an Flavonoid-Metaboliten, was die Biosynthesewege von Schlüsselverbindungen wie LA und HSYA hervorhob. Mithilfe der Genomanalyse sagten die Forscher 39.809 Protein-kodierende Gene mit umfangreichen Anmerkungen in öffentlichen Datenbanken voraus und identifizierten spezifische Genfamilien: Diacylglycerolacyltransferase (DGAT) und Fettsäuredesaturasen (FAD) für die LA-Biosynthese sowie CYP und CGT für die HSYA-Biosynthese. Dies weist auf ihre zentrale Rolle in diesen Stoffwechselwegen hin.

Bemerkenswert ist, dass die Neusequenzierung von 220 Saflorlinien 7.402.693 hochwertige SNPs ergab und damit eine genomweite Assoziationsstudie (GWAS) ermöglichte, die signifikante SNPs identifizierte, die mit agronomischen Merkmalen, insbesondere dem Ölgehalt und der Farbe der Blüten, assoziiert sind. Diese GWAS-Analyse und die Funktionsüberprüfung des Kandidatengens HH_034464 (CtCGT1), das an der HSYA-Biosynthese beteiligt ist, verdeutlichten das Potenzial molekularer Marker zur Verbesserung von Zuchtprogrammen für gewünschte Merkmale. Funktionelle Tests bestätigten die Rolle von CtCGT1 bei der Glykosylierung von Flavonoiden, die für die HSYA-Produktion von entscheidender Bedeutung ist, und gaben so Aufschluss über die genetischen Grundlagen wichtiger Stoffwechselmerkmale in Färberdistel.

Dr. John Smith, ein Experte für Pflanzengenomik, begrüßte den Erfolg und sagte: „Diese vollständige Genomassemblierung ist ein wichtiger Meilenstein in der Saflorforschung.“ Es verbessert nicht nur unser Verständnis der Pflanzenevolution, sondern bietet auch eine reichhaltige Ressource zur Identifizierung von Genen, die für Schlüsselgene verantwortlich sind. landwirtschaftliche und medizinische Eigenschaften.

Durch die Bereitstellung einer Grundlage für die molekulare Züchtung von Saflor bietet diese Forschung das Potenzial, die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen, den Nährstoffgehalt und die therapeutische Wirksamkeit zu verbessern. Mit Blick auf die Zukunft besteht die Herausforderung darin, diese enorme genomische Ressource zu nutzen, um überlegene Saflorsorten zu entwickeln, die den Anforderungen eines sich ändernden globalen Klimas und einer wachsenden Bevölkerung gerecht werden.

Die chromosomenweite Genomassemblierung der Färberdistel Chuanhonghua 1 stellt einen entscheidenden Schritt in der genetischen Erforschung dieser wertvollen Nutzpflanze dar. Diese Forschung eröffnet nicht nur neue Wege für die Extraktion und Auswahl funktioneller Saflor-Gene, sondern hat auch weitreichende Auswirkungen auf die Agrar- und Pharmaindustrie.