Ein Forschungsteam hat eine hochwertige Chromosomen-Assemblierung des Chuanhonghua-1-Distelgenoms abgeschlossen. Diese Arbeit beleuchtet die genetischen Grundlagen entscheidender Merkmale wie der Produktion von Linolsäure (LA) und Hydroxysaflorgelb A (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 genießt hohes Ansehen für sein Öl, das reich an LA ist; und seine Blüten, die HSYA enthalten, Substanzen mit weitreichenden industriellen und medizinischen Anwendungen. Trotz ihres Werts wurde die genetische Forschung an Saflor durch das begrenzte Verständnis seines Genoms eingeschränkt.
Eine Studie erscheinen In Gartenbauforschung klärt die genetischen Grundlagen der Färberdistel auf und ebnet so den Weg für gezielte Züchtungsstrategien.
Das Forschungsteam nutzte eine integrierte Sequenzierungsstrategie, die Illumina-, Oxford Nanopore- und Hi-C-Technologien kombinierte, um eine hochwertige Genomassemblierung von 1,17 GB mit Contigs zu erreichen, die 12 Chromosomen zugeordnet waren, was einer etwa 100-fachen Abdeckung im Verhältnis zur geschätzten Genomgröße entspricht. Diese Zusammenstellung erleichterte die Identifizierung eines kürzlichen Duplikationsereignisses des gesamten Genoms, das die umfangreichen genomischen Umlagerungen und die Evolutionsgeschichte der Färberdistel untermauert, was durch eine phylogenetische Analyse unter Verwendung von 274 Einzelkopie-Genen aus 12 Arten und eine detaillierte Untersuchung der Erweiterung und Kontraktion der Genfamilie bestätigt wurde.
Metabolomische und transkriptomische Profilierung über verschiedene Entwicklungsstadien von Samen und Blüten hinweg ergab ein umfassendes Lipidom mit einem vorherrschenden Vorkommen von Triacylglycerinen (TAGs) bzw. einem vielfältigen Flavonoid-Metabolitenspektrum, was die Biosynthesewege von Schlüsselverbindungen wie LA und HSYA hervorhob. Mithilfe einer Genomanalyse sagten die Forscher 39.809 Protein-kodierende Gene voraus, mit umfangreichen Annotationen anhand öffentlicher Datenbanken, und identifizierten spezifische Genfamilien – Diacylglycerolacyltransferase (DGAT) und Fettsäuredesaturasen (FADs) für die LA-Biosynthese sowie CYP und CGT für die HSYA-Biosynthese – was auf ihre zentrale Rolle in diesen Stoffwechselwegen hinweist.
Bemerkenswert ist, dass die Neusequenzierung von 220 Saflorlinien 7.402.693 hochwertige SNPs ergab, was eine genomweite Assoziationsstudie (GWAS) ermöglichte, die signifikante SNPs identifizierte, die mit agronomischen Merkmalen, insbesondere Ölgehalt und Blütenfarbe, verbunden sind. Diese GWAS-Analyse sowie die Funktionsüberprüfung des Kandidatengens HH_034464 (CtCGT1), das an der HSYA-Biosynthese beteiligt ist, unterstrichen das Potenzial molekularer Marker bei der Verbesserung von Zuchtprogrammen für gewünschte Merkmale. Die Funktionstests bestätigten die Rolle von CtCGT1 bei der Glykosylierung von Flavonoiden, die für die HSYA-Produktion von entscheidender Bedeutung sind, und gaben so Aufschluss über die genetischen Grundlagen wichtiger Stoffwechselmerkmale in Färberdistel.
Dr. John Smith, ein Experte für Pflanzengenomik, lobte die Leistung und erklärte: „Diese umfassende Genomassemblierung ist ein Meilenstein in der Saflorforschung. Sie erweitert nicht nur unser Verständnis der Pflanzenevolution, sondern bietet auch eine reichhaltige Ressource für die Identifizierung von Schlüsselgenen.“ landwirtschaftliche und medizinische Merkmale.
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 verändernden globalen Klimas und einer wachsenden Bevölkerung gerecht werden.
Die chromosomale Genomassemblierung der Chuanhonghua-1-Saflorpflanze stellt einen entscheidenden Schritt vorwärts in der genetischen Erforschung dieser wertvollen Nutzpflanze dar. Diese Forschung eröffnet nicht nur neue Wege für die Gewinnung und Züchtung funktioneller Saflor-Gene, sondern hat auch umfassendere Auswirkungen auf die Agrar- und Pharmaindustrie.
Mehr Informationen:
Jiang Chen et al.: Gesamtgenom- und genomweite Assoziationsstudien verbessern wichtige landwirtschaftliche Merkmale von Färberdistel für industrielle und medizinische Zwecke. Gartenbauforschung (2023). DOI: 10.1093/hr/uhad197