Genoma de Solanum americanus | Xangai GAPear Co., Ltd

Genética da Natureza (2023)Cite este artigo

633 Acessos

28 Altmétrico

Detalhes das métricas

As culturas de batata (Solanum tuberosum) e tomate (Solanum lycopersicon) sofrem graves perdas devido à requeima causada pelo patógeno oomiceto Phytophthora infestans. Solanum americanum, um parente da batata e do tomate, está distribuído globalmente e a maioria dos acessos são altamente resistentes à ferrugem. Geramos genomas de referência de alta qualidade de quatro acessos de S. americanum, sequenciamos novamente 52 acessos e definimos um pan-NLRome de genes de receptores imunes de S. americanum. Analisamos ainda a variação no reconhecimento de 315P. infestans RXLR em 52 acessos de S. americanum. Usando esses dados genômicos e fenotípicos, clonamos três genes codificadores de NLR, Rpi-amr4, R02860 e R04373, que reconhecem os efetores cognatos RXLR de P. infestans PITG_22825 (AVRamr4), PITG_02860 e PITG_04373. Estes recursos e metodologias genómicas apoiarão os esforços para desenvolver batatas com resistência duradoura à requeima e podem ser aplicadas a doenças de outras culturas.

A batata é uma das culturas não grãos mais consumidas em todo o mundo. No entanto, as pragas e doenças reduzem os rendimentos globais em cerca de 17% (ref. 1). A requeima da batata, causada pelo agente patogénico oomiceto Phytophthora infestans2, desencadeou a fome na Irlanda na década de 1840 e ainda é a doença mais prejudicial para a produção global de batata1.

A imunidade das plantas depende do reconhecimento do patógeno tanto pelos receptores de reconhecimento de padrões de superfície celular (PRRs) quanto pelos receptores imunes intracelulares. Muitos genes R contra P. infestans (genes Rpi) foram clonados de parentes selvagens de espécies de batata, como R2, R3a, R8, Rpi-blb1, Rpi-blb2 e Rpi-vnt1 de Solanum demissum, Solanum bulbocastanum e Solanum venturii3,4 ,5,6,7,8,9,10. No entanto, a maioria dos genes Rpi clonados foram superados pelo patógeno de rápida evolução.

Os efetores de P. infestans carregam um peptídeo sinal e um motivo RXLR-EER (onde X representa qualquer aminoácido). No genoma de referência de P. infestans (cepa T30-4), foram previstos 563 efetores RXLR, permitindo triagens para reconhecimento desses efetores ('efetorômica') em várias plantas .

Foram determinadas sequências genômicas de referência de batata, tomate, berinjela e pimenta13,14,15,16. Também estão disponíveis conjuntos de genoma em fases, em nível cromossômico, de batatas heterozigóticas diplóides e tetraplóides . Também surgiram estudos pan-genómicos de plantas cultivadas, incluindo a batata, que esclarecem a extensa variação genética nestas espécies20,21,22,23. Métodos de captura de sequência foram desenvolvidos para sequenciar repertórios de genes NLR (RenSeq) e PRR (RLP/KSeq) de plantas que reduzem a complexidade genômica e os custos de sequenciamento . Esses métodos levaram a muitas aplicações importantes, como AgRenSeq, e à definição do pan-NLRome de Arabidopsis .

Diplóide Solanum americanum é altamente resistente à requeima. Anteriormente, nosso grupo clonou Rpi-amr1 e Rpi-amr3 de vários acessos resistentes de S. americanum juntamente com seus efetores cognatos AVRamr1 e AVRamr3 (refs. 25,29,30,31).

Aqui, sequenciamos e montamos quatro genomas de alta qualidade de S. americanum, sequenciamos novamente 52 acessos e definimos o pan-NLRome de S. americanum. Também selecionamos 315 efetores RXLR de P. infestans em 52 acessos de S. americanum. Esses recursos genômicos e dados funcionais levaram à rápida identificação de três novos genes codificadores de NLR, Rpi-amr4, R02860 e R04373, que são responsáveis pelo reconhecimento PITG_22825 (AVRamr4), PITG_02860 e PITG_04373, respectivamente. Este estudo revela um cenário de interação de imunidade desencadeada por efetores (ETI) entre S. americanum e P. infestans que nos permitirá clonar mais genes Rpi do pool genético de espécies selvagens de Solanum e aprofundar nosso conhecimento sobre a resistência à requeima em parentes selvagens de batata. A concepção do genoma da batata, impulsionada pela genómica da batata e que tira partido de novas tecnologias de melhoramento de plantas32, ajudará a desenvolver melhores variedades de batata com resistência duradoura à requeima.

1 Mb in size) are marked in orange./p>1 Mb in size), comprising 26 inversion and 19 inter-chromosome translocation events, between the S. americanum and potato genomes (Fig. 1b and Supplementary Fig. 5). In contrast, 67 large CRs (30 inversions and 37 inter-chromosome translocations) were found between S. americanum and eggplant (Fig. 1b). Notably, CRs were not evenly distributed across the genome. No CR was identified on chromosome 2 between S. americanum and potato, while 11 CRs occurred on chromosome 11./p>1 Mb in size). Using SP1102 as the reference, we identified 56 large SVs in SP2271 (Supplementary Fig. 6a), impacting ~256 Mb of the reference genome. However, only 14 large SVs were identified in SP2273, covering ~54 Mb of the reference genome (Supplementary Fig. 6b). Most of the SVs reside in single contigs and are supported by the Hi-C interaction map, suggesting the high reliability of SV identification (Supplementary Fig. 6c and Supplementary Table 1). The large differences in SV numbers among S. americanum genomes shed light on their complex evolutionary history. We further characterized the small SVs (40 bp–1 Mb in size) among S. americanum genomes and found that SVs might contribute to the differential expression of 1,084 genes between SP1102 and SP2271 leaves (Supplementary Note 2 and Supplementary Figs. 7 and 8)./p>1 Mb in length), we aligned the chromosome-grade assembly (SP2271 and SP2273) to the SP1102 reference genome by using MUMMER with parameters: ‘--batch 1 -t 20 -l 100 -c 500’ and further filtered the alignment with parameters: ‘-i 90 -l 100’. SyRI v1.4 was adopted to identify SVs based on the alignment delta files; only large SVs were kept for further analysis. We adopted the Hi-C interaction map and SV location to validate the large SVs. Of the 70 SVs identified in SP2271 and SP2273, 68 SVs reside in single contig, suggesting high reliability. Of these, 40 SVs could be verified by a Hi-C interaction map./p> 40 bp in length) among S. americanum genomes following the pipeline of SVIM-asm78. The contig assemblies of SP2271, SP2273 and SP2275 were aligned to the SP1102 reference using minimap2 (ref.76) with the following parameters ‘--paf-no-hit -a -x asm5 --cs -r2k’. SVs, which consist of insertions, deletions, duplications and inversions were identified using SVIM-asm with ‘haploid’ mode. The SVs were further annotated by SnpEff79./p>