Brassica har länge varit av största vikt för jordbruk och mänsklig näring, och innehåller olika populära grödor som grönkål, blomkål, raps, kålrot, pak choi, kål, senap och choy sum, som är av högt ekonomiskt värde över hela världen. Hittills har genomen från mer än 20 Brassica rapa-grödor samlats. Men helt kompletta genom av B. rapa har ännu inte satts ihop.
För att fylla den saknade delen av forskningen och lösa de speciella agronomiska egenskaperna hos purpuraria, använde forskare hög djup ONT- och HiFi-sekvenseringsdata för att slutföra de första T2T-gapfria genomen av B. rapa ssp. chinensis cv. AiJiaoBai, en bladgrönsak; och B. rapa ssp. purpuraria cv. HongShanCaiTai, en blommig skottgrönsak. Forskningen är publicerad i tidskriften Science Bulletin .
Baserat på de gap-fria genomen, löste forskarna i detalj sekvensegenskaperna för de mycket komplexa regionerna av B. rapa. Centromererna av B. rapa bestod av satellitsekvenser bildade av 176-bp monomer. Till skillnad från den typiska tätt arrangerade strukturen rDNA i andra växter, visade 45S rDNA av B. rapa lösa och signifikant expanderade egenskaper, ockuperar stora områden på kromosomerna. Införandet av ett stort antal specifika typer av TE är den huvudsakliga källan till expansionen.
Det är anmärkningsvärt att 45S rDNA-regionerna av B. rapa överlappade fullständigt med dess pericentromerer, vilket indikerar att 45S rDNA kan vara relaterat till bildningen av pericentromerer på något sätt.
Purpuraria är lila-röd till färgen på grund av dess höga innehåll av proantocyanidiner, en klass av bioaktiva antioxidanter som förebygger hjärt- och kärlsjukdomar, samtidigt som de har leverskydd och andra fysiologiska funktioner.
Genom att jämföra genomen från 21 B. rapa-underarter fann forskarna att en strukturell variant (SV) på kromosom 7 specifik för purpuraria i slutändan ledde till fenotypen av dess lila-röda skottstammar. Denna SV är belägen i promotorregionen, 245 bp uppströms om transkriptionsfaktorn BrMYB2 i ett domesticeringslokus av purpuraria.
Efterföljande experiment visade att SV hade resulterat i betydande uppreglering av BrMYB2 i skottstammarna av purpuraria, vilket slutligen resulterade i dess lila-röda färg. Förekomsten av denna SV och dess effekt validerades i flera purpuraria-accessioner.
Purpuraria är gynnad för sin unika smak som en lokal säsongsbetonad specialitet grönsak. Glukosinolater (GSL) har tidigare rapporterats spela en avgörande roll för att bestämma den speciella smaken av B. rapa. Forskarna påpekade att flera gener på alifatisk GSL-biosyntesväg är avsevärt uppreglerade i purpurariablad, vilket tyder på att dess biosyntes i purpuraria kan öka betydligt.
Dessutom producerade GTR1-genen, som främjar transporten av GSL från blad till skottstammar, extra kopior i purpuraria, vilket ledde till dess tiofaldig uppreglering. Den höga biosyntesen av alifatiska GSL och deras effektiva transport till skottstammarna kan vara den genetiska grunden för den speciella smaken av purpuraria som en blommig skottgrönsak.
Denna studie leddes av Prof. Kun Wang (State Key Laboratory of Hybrid Rice vid College of Life Sciences, Hubei Hongshan Laboratory of College of Life Sciences, Institutet för avancerade studier och RNA-institutet vid Wuhan University), Prof. Aihua Wang (Wuhan Vegetable) Research Institute, Wuhan Academy of Agricultural Sciences) och Prof. Qijun Nie (Institute of Economic Crops, Hubei Academy of Agricultural Sciences).
Mer information: Yifan Zhou et al, Komplexiteten hos strukturella variationer i Brassica rapa avslöjas genom sammansättning av två kompletta T2T-genom, Science Bulletin (2024). DOI:10.1016/j.scib.2024.03.030
Tillhandahålls av Science China Press
