Des chercheurs au Japon ont généré un assemblage génomique de haute qualité de périlla rouge (Perilla frutescens), une plante que l’on trouve le plus souvent en Asie et communément connue au Japon sous le nom d’Aka-Shiso et en Grande-Bretagne et aux États-Unis sous le nom de Beefsteak Plant pour son magenta foncé. feuilles. L’assemblage du génome de haute qualité permettra aux scientifiques d’exploiter l’abondance de produits chimiques bioactifs potentiellement utiles de la plante, parmi lesquels le périllaldéhyde et l’acide rosmarinique.
On pense que certains des produits chimiques bioactifs de P. frutescens ont des propriétés médicinales. L’acide rosmarinique est déjà largement utilisé comme supplément, avec des propriétés anti-inflammatoires, antidépressives, antifongiques et antibactériennes, pour n’en nommer que quelques-unes. Le périllaldéhyde a montré un potentiel similaire pour ces utilisations, et il existe des preuves médicales pour les étayer, bien que le marché des suppléments phytochimiques soit encore pour la plupart non réglementé.
L’équipe de recherche, dirigée par Hidemasa Bono, professeur à la Graduate School of Integrated Science for Life de l’Université d’Hiroshima, a récemment publié ses conclusions. L’assemblage du génome de haute qualité peut maintenant servir de référence pour sélectionner les gènes cibles pour l’édition du génome de P. frutescens, selon les auteurs de l’article.
Les conclusions de l’équipe de recherche ont été publiées le 16 novembre 2022 dans Recherche ADN.
Les chercheurs ont sélectionné P. frutescens, un membre de la famille des Lamiaceae, car il est largement reconnu comme une plante herbacée importante pour sa gamme inhabituellement large de composés phytochimiques bioactifs. Plusieurs enzymes permettant la biosynthèse des composés acide rosmarinique et périllaldéhyde seuls ont été identifiées dans la plante.
« L’édition du génome de la périlla rouge pour fournir de meilleurs traits est l’un des moyens prometteurs d’utiliser cette plante plus efficacement », a déclaré Bono. « Pour ce faire, des séquences génomiques de haute qualité de l’espèce cible sont nécessaires. »
Des outils d’édition du génome tels que CRISPR-Cas9 ont été utilisés pour concevoir des voies de biosynthèse dans les plantes, recrutant efficacement les plantes pour produire des composés souhaitables dans la fabrication de médicaments nouveaux et existants. Les auteurs de l’étude ont cité un autre exemple récent d’édition ciblée de gènes, le fruit de la tomate, qui peut être recruté de cette manière pour produire du GABA (acide γ-aminobutyrique).
Les chercheurs ont utilisé Hoko-3, une souche spécifique de P. frutescens. Les données présentées dans cette étude montrent que Hoko-3 est très similaire génétiquement d’une plante à l’autre, en partie parce qu’il s’agit d’une culture autofertile, ce qui la rend idéale comme candidate pour l’édition ciblée de gènes. Le matériel génétique a été prélevé sur de jeunes feuilles cultivées en hydroponie à l’aide d’un kit Genomic-tip. Ils ont séquencé l’ADN à l’aide du séquenceur Sequel IIe de PacBio plusieurs fois et un logiciel de création de consensus les a aidés à générer une séquence contiguë à une très haute résolution.
« Nous avons réalisé un assemblage génomique hautement contigu de la périlla rouge domestiquée au Japon à l’aide des lectures PacBio HiFi », a déclaré le premier auteur Keita Tamura. « Nous avons ancré 99,2 % de l’assemblage dans 20 pseudochromosomes, parmi lesquels sept pseudochromosomes constitués d’un segment contigu. En utilisant le flux de travail d’annotation fonctionnelle systématique développé pour les plantes appelées » Fanflow4Plants « , nous avons annoté fonctionnellement 72 983 gènes sur 76 825 gènes codant pour les protéines. »
Pour annoter les gènes dans l’assemblage du génome, deux processus complémentaires, chacun avec des atouts uniques en matière de séquençage, ont été utilisés et les données ont été combinées. « Le nombre de modèles de gènes annotés dans cette étude en combinant deux annotations fondées sur des preuves et la méthode de prédiction des gènes (BRAKER2) était de 86 258, soit près du double du génome de P. frutescens précédemment assemblé (43 527 gènes) et proche du nombre de gènes rapporté dans une autre espèce tétraploïde de Lamiaceae, Salvia splendens (88 489 gènes) », ont écrit Tamura et ses co-auteurs.
Maintenant que les chercheurs disposent d’un assemblage de haute qualité du génome de Hoko-3, ils peuvent passer aux étapes suivantes pour libérer le potentiel unique de la plante.
« L’assemblage du génome et les annotations fonctionnelles obtenus dans cette étude seront utilisés pour extraire les gènes cibles pour l’édition du génome de la perilla rouge », a déclaré Tamura. « Il pourrait être possible d’améliorer l’accumulation de précieux composés phytochimiques à l’intérieur de la plante. »
Plus d’information:
Keita Tamura et al, Un assemblage de génomes hautement contigus de perilla rouge (Perilla frutescens) domestiqué au Japon, Recherche ADN (2022). DOI : 10.1093/dnares/dsac044