Brassica ist seit langem von größter Bedeutung für die Landwirtschaft und die menschliche Ernährung und enthält verschiedene beliebte Nutzpflanzen wie Grünkohl, Blumenkohl, Raps, Rüben, Pak Choi, Kohl, Senf und Choy Sum, die weltweit von hohem wirtschaftlichen Wert sind. Bisher wurden die Genome von mehr als 20 Brassica rapa-Pflanzen zusammengestellt. Allerdings müssen noch vollständig vollständige Genome von B. rapa zusammengestellt werden.
Um den fehlenden Teil der Forschung zu füllen und die besonderen agronomischen Merkmale von Purpuraria aufzuklären, nutzten die Forscher detaillierte ONT- und HiFi-Sequenzierungsdaten, um die ersten T2T-lückenfreien Genome von B. rapa ssp. zu vervollständigen. chinensis cv. AiJiaoBai, ein Blattgemüse; und B. rapa ssp. purpuraria cv. HongShanCaiTai, ein Blütensprossengemüse. Die Forschung ist veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaftsbulletin.
Anhand der lückenlosen Genome konnten die Forscher die Sequenzmerkmale der hochkomplexen Regionen von B. rapa detailliert aufklären. Die Zentromere von B. rapa bestanden aus Satellitensequenzen, die aus 176-bp-Monomeren gebildet wurden. Im Gegensatz zur typischen dicht angeordneten rDNA anderer Pflanzen zeigte die 45S-rDNA von B. rapa lockere und deutlich ausgedehnte Eigenschaften und nahm große Bereiche auf den Chromosomen ein. Der Hauptgrund für die Expansion ist die Einführung einer großen Anzahl spezifischer TE-Typen.
Es ist bemerkenswert, dass die 45S-rDNA-Regionen von B. rapa vollständig mit seinen Perizentromeren überlappten, was darauf hindeutet, dass die 45S-rDNA möglicherweise irgendwie mit der Bildung von Perizentromeren zusammenhängt.
Purpuraria hat eine violett-rote Farbe aufgrund seines hohen Gehalts an Proanthocyanidinen, einer Klasse bioaktiver Antioxidantien, die Herz-Kreislauf- und zerebrovaskulären Erkrankungen vorbeugen und gleichzeitig Leberschutz und andere physiologische Funktionen besitzen.
Durch den Vergleich der Genome von 21 Unterarten von B. rapa fanden die Forscher heraus, dass eine für die Purpuraria spezifische Strukturvariante (SV) auf Chromosom 7 letztendlich zum Phänotyp ihrer purpurroten Sprossstiele führte. Dieses SV befindet sich in der Promotorregion, 245 bp stromaufwärts des Transkriptionsfaktors BrMYB2 in einem Domestizierungsort der Purpuraria.
Nachfolgende Experimente zeigten, dass der SV zu einer signifikanten Hochregulierung von BrMYB2 in den Sprossstängeln von Purpuraria geführt hatte, was letztendlich zu seiner purpurroten Farbe führte. Das Vorhandensein dieses SV und seine Wirkung wurden in mehreren Purpuraria-Akzessionen validiert.
Purpuraria wird wegen seines einzigartigen Geschmacks als lokale saisonale Gemüsespezialität geschätzt. Es wurde bereits berichtet, dass Glucosinolate (GSLs) eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des besonderen Geschmacks von B. rapa spielen. Die Forscher wiesen darauf hin, dass mehrere Gene des aliphatischen GSL-Biosynthesewegs in Purpuraria-Blättern deutlich hochreguliert sind, was darauf hindeutet, dass die Biosynthese in Purpuraria deutlich gesteigert sein könnte.
Darüber hinaus produzierte das GTR1-Gen, das den Transport von GSLs von den Blättern zu den Sprossstängeln fördert, in Purpuraria zusätzliche Kopien, was zu seiner zehnfachen Hochregulierung führte. Die hohe Biosynthese aliphatischer GSLs und ihr effizienter Transport zu den Sprossstängeln könnten die genetische Grundlage für den besonderen Geschmack von Purpuraria als Blütensprossgemüse sein.
Diese Studie wurde von Prof. Kun Wang (State Key Laboratory of Hybrid Rice of College of Life Sciences, Hubei Hongshan Laboratory of College of Life Sciences, Institute for Advanced Studies und RNA Institute der Wuhan University), Prof. Aihua Wang (Wuhan Gemüse) geleitet Forschungsinstitut, Wuhan Academy of Agricultural Sciences) und Prof. Qijun Nie (Institute of Economic Crops, Hubei Academy of Agricultural Sciences).
Mehr Informationen:
Yifan Zhou et al., Die Komplexität struktureller Variationen in Brassica rapa, die durch die Assemblierung zweier vollständiger T2T-Genomen aufgedeckt wurden, Wissenschaftsbulletin (2024). DOI: 10.1016/j.scib.2024.03.030