Ett forskarlag har framgångsrikt sammanställt ett nästan gapfritt, telomer-till-telomer (T2T) genom av Populus ussuriensis, som fyller luckor som finns i P. trichocarpa-genomet. Med hjälp av långläst sekvensering identifierade och kommenterade teamet centromerregioner i alla kromosomer av dubbelhaploida (DH) genom, vilket gav en första för poppel. Med 34 953 proteinkodande gener överträffar detta genom P. trichocarpa med 465 gener.
T2T P. ussuriensis-genomet förbättrar förståelsen av poppelgenomets struktur och funktioner, vilket hjälper till med evolutionära studier av poppel. Församlingens höga kollinaritet med P. trichocarpa underlättar jämförande genomik, epigenetisk forskning och reproduktionsbiologiska studier, vilket markerar ett betydande bidrag till området.
Poplar, kända för sin relativt korta livscykel och breda anpassningsförmåga, har blivit avgörande i olika industrier och återplanteringsinsatser på grund av deras mångsidiga tillämpningar och pionjärträdegenskaper. Trots deras betydelse är det fortfarande utmanande att uppnå högkvalitativa genomsamlingar i poppel, särskilt Populus trichocarpa, på grund av deras höga heterozygositet och mycket repetitiva sekvenser i genomen.
De senaste framstegen inom sekvenseringsteknologier har förbättrat sammansättningskvaliteten, men hög genomisk heterozygositet kvarstår som en barriär. Utvecklingen av homozygota linjer erbjuder en potentiell lösning, men de långa ungdomsperioderna för vedartade växter innebär praktiska utmaningar. Även om DH-linjer har använts vid sekvensering av grödans genom, är deras tillämpning i skogsträd fortfarande begränsad.
Att ta itu med denna lucka och utveckla effektiva metoder för att inducera haploida växter eller DH-linjer i poppel skulle kunna revolutionera genomforskningen i dessa tvåboträd, vilket möjliggör mer exakta och heltäckande genomsammansättningar för ökad förståelse av deras biologi och miljöanpassning.
En studie publicerad i Forestry Research avslöjar ett högkvalitativt poppelgenom med annoterade centromerer och telomerer, vilket underlättar molekylära analyser och jämförande genomik.
Studien initierade haploid kallus-induktion från P. ussuriensis ståndarknappar, identifierade haploida och DH-kalli via screening med hög genomströmning och genomförde hel-genom-resekvensering för SNP-identifiering. DH15-linjen valdes och k-mer-analys uppskattade dess homozygota ursprung och genomiska storlek. Ett gapfritt referensgenom konstruerades för DH15 med hjälp av PacBio HiFi-avläsningar och Hi-C-data, med 19 helt sammansatta kromosomer, annoterade telomerer och centromerer.
Genomet uppvisade hög fullständighet och kvalitet och överträffade tidigare P. trichocarpa-sammansättningar. Telomerer visade distinkta längder över kromosomer, medan 19 centromerer med varierande längder och strukturer identifierades. Jämförande analys avslöjade nära fylogenetiska samband mellan Populus-arter. DH15-genomet, med 34 953 proteinkodande gener, visade en mångfald av repetitiva element. Speciellt identifierade genfamiljeanalys specifika genfamiljer berikade i fosfatmetaboliska processer. Jämförelse med andra Populus-genom framhävde DH15:s överlägsna sammanhängande och fullständighet, särskilt i centromerregioner, och avslöjade nya gener och transkript.
Enligt studiens seniorforskare, Su Chen, "Denna förfinade genomsammansättning kommer att vara mycket instrumentell i molekylära analyser av genfunktioner i poppelträd och möjliggöra jämförande genomiska studier över olika poppelarter. Den fungerar som en solid grund för framtida forskning om poppeln. och andra växtgenom."
Sammanfattningsvis uppnådde denna studie en nästan gapfri sammansättning av ett mycket sammanhängande poppelgenom, DH15, vilket möjliggör omfattande analyser av centromera regioner och genfunktioner, vilket kommer att driva framsteg inom poppelgenomik, jämförande studier och molekylära avelsstrategier. När man ser framåt kommer denna förfinade genomsamling att fungera som en avgörande resurs för att förstå poppelbiologi och påskynda praktiska tillämpningar inom skogsbruk och bioteknik.
Mer information: Wenxuan Liu et al, Ett nästan gaplöst, mycket sammanhängande referensgenom för en fördubblad haploid linje av Populus ussuriensis, som möjliggör avancerade genomiska studier, Forestry Research (2024). DOI:10.48130/forres-0024-0016
Tillhandahålls av Maximum Academic Press
