Pflanzliche mitochondriale Genome (Mitogenome) sind entscheidend für das Verständnis nukleozytoplasmatischer Wechselwirkungen, der Pflanzenentwicklung und der Züchtung zytoplasmatischer männlich-steriler Linien. Allerdings ist ihr vollständiger Zusammenbau aufgrund häufiger Rekombinationsereignisse und horizontaler Gentransfers eine Herausforderung.
Herkömmliche Methoden, die Illumina-, PacBio- und Nanopore-Sequenzierungsdaten verwenden, führen häufig zu einer mangelhaften Vollständigkeit der Assemblierung, einer geringen Sequenzierungsgenauigkeit und hohen Kosten, was ihre Anwendbarkeit einschränkt. Aufgrund dieser Herausforderungen besteht Bedarf an einer effizienteren und genaueren Assemblierungsmethode für die Durchführung eingehender Untersuchungen pflanzlicher Mitogenome.
Forscher der Nanjing Forestry University haben in Zusammenarbeit mit der Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences und der Chinese Academy of Agricultural Sciences ein effizientes Assembly-Toolkit (PMAT) für die De-novo-Assemblierung von Pflanzenmitogenomen unter Verwendung von HiFi-Sequenzierungsdaten mit geringer Abdeckung entwickelt.
Die Studie wurde veröffentlicht in der Zeitschrift Gartenbauforschung am 26. Januar 2024 und stellt einen bedeutenden Sprung in der Genomforschung dar.
PMAT behebt die Einschränkungen traditioneller Methoden zur Assemblierung des mitochondrialen Genoms durch die Verwendung hochpräziser, lang gelesener HiFi-Sequenzierungsdaten. Dies ermöglicht das Überspannen der meisten Wiederholungen und die Generierung vollständiger und genauer mitochondrialer Genomsequenzen.
Das Toolkit umfasst zwei Modi: „autoMito“ und „graphBuild“. Der „autoMito“-Modus bietet einen einstufigen Montageprozess, während der „graphBuild“-Modus die manuelle Auswahl geeigneter Seeds für die Montage ermöglicht und so Flexibilität und Benutzerkontrolle gewährleistet.
Den Forschern gelang es, die Mitogenome von 13 Pflanzenarten zusammenzustellen, darunter Eudikotyledonen, Monokotyledonen und Gymnospermen. Beispielsweise wurde das mitochondriale Genom von Arabidopsis thaliana zu einem typischen einzelnen kreisförmigen Chromosom mit einer Länge von 367.810 Basenpaaren wieder zusammengesetzt, das nur geringfügige Unterschiede zum veröffentlichten Referenzgenom aufwies.
Darüber hinaus erforderte PMAT nur minimale Sequenzierungsdaten zur Erstellung vollständiger Assemblierungen und stellte somit eine kostengünstige Lösung für Genomstudien im großen Maßstab dar.
Dr. Zhiqiang Wu, einer der führenden Forscher, kommentierte: „PMAT stellt einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der Pflanzengenomik dar. Durch die Überwindung der Herausforderungen traditioneller Assemblierungsmethoden bietet PMAT eine umfassende und genaue Sicht auf pflanzliche Mitogenome und ermöglicht tiefere Einblicke in.“ Pflanzenentwicklung und -züchtung.
Die Entwicklung von PMAT hat erhebliche Auswirkungen auf die Pflanzengenomforschung und -züchtung. Durch die Bereitstellung einer zuverlässigen Methode zur Zusammenstellung pflanzlicher Mitogenome beschleunigt PMAT Studien zur Genomvariation und ihren Auswirkungen auf Pflanzenmerkmale. Dies verstärkt die Züchtungsbemühungen zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit, des Ertrags und der Qualität der Pflanzen.
Darüber hinaus eröffnet die Erfassung mehrerer mitochondrialer Konformationen neue Forschungsmöglichkeiten zur evolutionären Dynamik von Pflanzengenomen.
Mehr Informationen:
Changwei Bi et al, PMAT: ein effizientes Toolkit zur Assemblierung von Pflanzenmitogenomen unter Verwendung von HiFi-Sequenzierungsdaten mit geringer Abdeckung, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae023