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Jun 23, 2023

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Nature Plants (2023)この記事を引用する 6589 アクセス数 96 Altmetric Metrics の詳細 Nicotiana benthamiana は、約 3 Gb の同質四倍体ゲノムを持つ貴重なモデル植物およびバイオテクノロジー プラットフォームです。 に

Nature Plants (2023)この記事を引用

6589 アクセス

96 オルトメトリック

メトリクスの詳細

Nicotiana benthamiana は、約 3 Gb の異質四倍体ゲノムを持つ貴重なモデル植物およびバイオテクノロジー プラットフォームです。 その有用性と多用途性をさらに向上させるために、私たちは、遍在的に使用されている LAB 株および関連する野生アクセッションである QLD について、トランスクリプトーム、エピゲノム、マイクロ RNA、および転移因子データセットと組み合わせた高品質の染色体レベルのゲノム アセンブリを作成しました。 さらに、さらに 2 つの実験室株と 4 つの野生登録株について、一塩基多型マップが作成されました。 祖先四倍体からの 5 つの染色体の喪失、遺伝子間領域の拡大、広範な分節異質倍数性、高度な二倍体化、および他のニコチアナ ゲノムでは見られない最近のコピア偽ウイルス (コピア) 移動性のバーストの証拠にもかかわらず、N. ベンサミアナの 2 つのサブゲノムは、ナス科全体のシンテニー領域。 LAB と QLD には、異なる RNA 干渉応答を含む遺伝的、代謝的、表現型的な多くの違いがありますが、相互繁殖性が高く、ゲノム編集や一過的および安定的な形質転換の両方に適しています。 LAB/QLDの組み合わせは、シロイヌナズナゲノミクスの初期の開拓時代から今日まで利用されてきたColumbia-0/Landsberg errectaパートナーシップと同じくらい有用になる可能性を秘めている。

ニコチアナ属は約 75 種からなり、主にアメリカ大陸とオーストラリアの固有種です1。 ほとんどのナス科と同様に、基本的な染色体数は 12 で、半数体 DNA 含有量は 1.37 ~ 6.27 Gb の範囲にあります (参考文献 2)。 スアベオレンテスセクション(良い香り)には N. ベンタミアナが含まれており、この属(約 35 種)内で最大の異質四倍体グループであり、染色体数は 15 から 24 の範囲であり、染色体喪失が続く同質四倍体化イベントの診断に役立ちます 3、4、5(図 1a) )。 このセクションのほぼすべての種はオーストラレーシアの固有種であり、約 500 ~ 600 万年前の鮮新世移行期にオーストラリアに定着したと考えられます (Ma)。 N. ベンサミアナの二倍体の祖先はシルベストル節とノクティフロラ科に属していた可能性が最も高く、その最も近い配列が決定された現存近縁種は N. sylvestris (約 2.6 Gb) と N. glauca (約 3.2 Gb) です 6,7,8,9,10。それぞれ11。

a, 他のニコチアナと比較したスアベオレンテス部分の系統発生と起源の提案。 染色体番号はスアベオレンテス種ごとに示されています。 アスタリスクで強調表示された種は、N. benthamiana および N. tabacum の推定親の現存する近縁種です。 b、オーストラリアにおけるN.ベンサミアナの分布(市松模様の地域)。 この研究で報告された分離された N. ベンタミアナ アクセッションの物理的な位置はピンで示され、伝統的な先住民の取引ルートは赤い線で示されています。 c. LAB および QLD からの選択された花の揮発性化合物の 24 時間にわたる平均放出量のプロファイル。 濃い青色、ベンジルアルコール。 他の化合物については、拡張データ図 1 を参照してください。データは平均値 ± 標準誤差 (サンプル点あたり n = 4) として表示されます。 d、LABおよびQLDにおけるAN様MYBの一過性発現から5日後のアントシアニン生成。 右側のパネルは、LAB および QLD の浸潤パッチから単離されたプロトプラストを示します (n = 5)。 スケールバー、50μm。 e、LABとQLDの花と葉におけるニコチンとノルニコチンの蓄積の比較。 CYP82E デメチラーゼによって媒介されるニコチンからノルニコチンへの生化学的変換 (拡張データ図 9) を右側に示します。 データは平均値 ± 標準誤差 (n = 4) として表示されます。 f、LABとQLDの花と葉におけるHGL-DTGの蓄積の比較。 概略的な生化学経路を右側に示します。 データは平均値 ± 標準偏差 (n = 4) として表示されます。

N. ベンタミアナは、バイオ医薬品タンパク質およびワクチン生産のための非常に重要な植物プラットフォーム 7,12 であり、RNA 干渉 (RNAi)、植物と病原体の相互作用、代謝経路工学、機能ゲノミクス、合成生物学、および遺伝子編集における基礎的な発見に貢献してきました 13。 この研究はすべて、LAB と呼ばれる 1 つの登録に由来する植物に依存しています。この登録は、オーストラリア中央部のグラナイト金鉱山近くの単一のコレクションに由来すると思われます 7、14、15 (図 1b)。 最近、いくつかの追加の登録が記載されています7、14、15、16。

95%) as tomato, eggplant, potato and pepper./p> ’. The bioinformatic analyses were performed at the High-Performance Computing (HPC) facility, QUT, and on Flashlite on QRIScloud, Australia./p>

EDTA.pl-genome -species others -step all -u -sensitive 0 -anno 1 -threads 48./p>99.9% for all replicates (three replicates from each LAB and QLD). The cytosine methylation level was calculated using the bismark_methylation_extractor in Bismark (v.0.19.0). The methylation ratio of cytosine was calculated as the number of methylated cytosines divided by the number of reads covering that position./p>0.5 TPM was used for downstream analysis. Values of this combined analysis were used to determine the relative expression of homeologues. The homoeologous pairs were defined as expressed when the sum of the a and b subgenome homeologues was >0.5 TPM. This filtration included duplicate pairs in which only a single homeologue was expressed. To standardize the relative expression of homeologues, the absolute TPM for each gene within the duplicate pair was normalized as follows. A and B represent the genes corresponding to the A and B homeologues in pairs./p>95%) and >50% coverage were identified as integrated T-DNA in the plant genome. For the stable transformation analysis, leaf tissues were collected from 5-week-old N. benthamiana stable transgenic independent lines generated using pFN117 (Cas9) and pUQC-GFP-(218). Genomic DNA was extracted following the cetyltrimethylammonium bromide method. Nested, insertion-specific primers for the right borders (RB1, RB2 and RB3 RB2 and RB3; Table 2) of pFN117 and pUQC-GFP-(218)-A were designed. Arbitrary degenerate primers and the high-throughput thermal asymmetric interlaced polymerase chain reaction (ht-TAIL-PCR) program were as described by Singer and Burke93. Purified PCR products were directly Sanger sequenced using RB3 primer, and the insertion sites were identified through a BLASTn search against the N. benthamiana genome. The number of stable and transient T-DNA insertion sites that intersect gene body, promoter, terminator and TEs were determined using the bedtools Intersect tool (v.2.30.0)92 and the length to the closest gene from the insertion site was calculated using RnaChipIntegrator (v.1.1.0) (https://github.com/fls-bioinformatics-core/RnaChipIntegrator). The z-score test for two population proportions was used to determine the significant difference between 10 kb, 10–20 kb, 20–30 kb and 30–40 kb intervals from all stable, transient transgene insertion sites and randomly selected sites in the N. benthamiana genome./p>

15kbp and surrounding syntenic genes in are shown in orange, purple, yellow and brown. Orthology/homology relationships are indicated by coloured shading. In (B), distances between genes indicated (black text)< 50kbp; (red text) >50kbp. TE annotation tracks for LAB and QLD were prepared using annotation data from the EDTA TE annotation pipeline (see online Methods) and Geneious Prime software (Geneious Prime 2023.0.1; https://www.geneious.com). Only LTR-transposable elements are shown. Yellow blocks represent GYPSY elements and green blocks represent COPIA elements. The size of each block is proportional to the number of base-pairs annotated for that element. Red triangles represent LTR repeat regions that flank either a GYPSY or COPIA element. These elements are likely to be nearly complete and can be considered possible autonomous elements. The rectangular red blocks flank unknown LTR-TE elements. Unknown TEs are elements that are recognized as an LTR element but are not able to be classified as either a COPIA or GYPSY element due to irregularities in internal sequences for that element. These are likely to represent non-autonomous elements. Those elements not flanked by LTR sequences are highly fragmented nonfunctional elements. The blue rectangular boxes highlight the location of the genes annotated in the tracks above and below the TE annotation tracks./p>