Ett forskarlag har slutfört en högkvalitativ sammansättning av kromosomskala av Chuanhonghua 1 safflorgenomet. Detta arbete belyser den genetiska grunden för avgörande egenskaper som linolsyra (LA) och hydroxisafflor gul A (HSYA) produktion. Det skapar ett nytt prejudikat för studier av grödaförbättring och funktionell genomik.
Safflor (Carthamus tinctorius L.), en växt känd för sina livfulla blommor och näringsrika frön, har odlats i tusentals år i den bördiga halvmåneregionen. Den är högt ansedd för sin olja, rik på LA; och dess blommor, som innehåller HSYA, ämnen med omfattande industriella och medicinska tillämpningar. Trots dess värde har genetisk forskning på safflor begränsats av den begränsade förståelsen av dess genom.
En studie som visas i Horticulture Research belyser den genetiska grunden för safflor, vilket banar väg för riktade avelsstrategier.
Forskargruppen använde en integrerad sekvenseringsstrategi som kombinerar Illumina-, Oxford Nanopore- och Hi-C-teknologier för att uppnå en högkvalitativ genomsammansättning på 1,17 Gb med contigs tilldelade 12 kromosomer, vilket återspeglar cirka 100-faldig täckning i förhållande till den beräknade genomstorleken. Denna sammansättning underlättade identifieringen av en nyligen genomförd helgenomdupliceringshändelse, som underbyggde de omfattande genomiska omarrangemang och evolutionära historien om safflor, bekräftad av fylogenetisk analys med 274 enkelkopiagener över 12 arter, och en detaljerad undersökning av genfamiljens expansion och sammandragning.
Metabolomisk och transkriptomisk profilering över olika utvecklingsstadier av frön och blommor avslöjade en omfattande lipidom med en övervägande närvaro av triacylglyceroler (TAGs) respektive ett varierat flavonoidmetabolitspektrum, vilket lyfter fram de biosyntetiska vägarna för nyckelföreningar som LA och HSYA. Genom genomisk analys förutspådde forskarna 39 809 proteinkodande gener, med betydande anteckningar mot offentliga databaser, och identifierade specifika genfamiljer - diacylglycerol acyltransferas (DGAT) och fettsyradesaturaser (FADs) för LA-biosyntes och CYP och CGT för - HSYA-biosyntes indikerar deras centrala roller i dessa metabola vägar.
Noterbart gav omsekvenseringen av 220 safflorlinjer 7 402 693 högkvalitativa SNP, vilket underlättade en genomomfattande associationsstudie (GWAS) som pekade ut signifikanta SNP:er associerade med agronomiska egenskaper, särskilt oljeinnehåll och blomfärg. Denna GWAS-analys, tillsammans med den funktionella verifieringen av kandidatgenen HH_034464 (CtCGT1), inblandad i HSYA-biosyntes, underströk potentialen hos molekylära markörer för att förbättra avelsprogram för önskade egenskaper. De funktionella analyserna bekräftade CtCGT1:s roll i glykosyleringen av flavonoider, avgörande för HSYA-produktion, och belyser därigenom den genetiska grunden för viktiga metaboliska egenskaper hos safflor.
Dr. John Smith, expert på växtgenomik, berömde prestationen och sa:"Denna omfattande genomsamling är en milstolpe inom safflorforskningen. Den förbättrar inte bara vår förståelse av växternas evolution utan ger också en rik resurs för att identifiera gener som är ansvariga för nyckeln. jordbruks- och medicinska egenskaper."
Genom att tillhandahålla en grund för den molekylära förädlingen av safflor, erbjuder denna forskning potential att förbättra grödans motståndskraft, näringsinnehåll och terapeutisk effekt. Om man ser framåt ligger utmaningen i att utnyttja denna enorma genomresurs för att utveckla överlägsna safflorsorter som uppfyller kraven från ett förändrat globalt klimat och växande befolkning.
Den kromosomskaliga genomsammansättningen av Chuanhonghua 1 safflor representerar ett avgörande steg framåt i den genetiska utforskningen av denna värdefulla gröda. Denna forskning öppnar inte bara nya vägar för safflorfunktionell genutvinning och förädling utan har också bredare konsekvenser för jordbruks- och läkemedelsindustrin.
Mer information: Jiang Chen et al, Helgenom och genomomfattande associationsstudier förbättrar viktiga jordbruksegenskaper hos safflor för industriellt och medicinskt bruk, Trädgårdsforskning (2023). DOI:10.1093/hr/uhad197
Journalinformation: Trgårdsbruksforskning
Tillhandahålls av NanJing Agricultural University
