一个研究小组已经完成了传红花1号红花基因组的高质量染色体规模组装。这项工作揭示了亚油酸(LA)和羟基红花黄A (HSYA)产生等关键性状的遗传基础。它为作物改良和功能基因组学研究开创了新的先例。
红花(Carthamus tinctorius L.)是一种以其生机勃勃的花朵和营养丰富的种子而闻名的植物，在肥沃的新月地区已经种植了数千年。它的石油备受推崇，在洛杉矶储量丰富;以及含有HSYA的花，这些物质具有广泛的工业和医疗用途。尽管它的价值，对红花的遗传研究一直受到其基因组的有限了解的限制。
发表在《园艺研究》上的一项研究阐明了红花的遗传基础，从而为有针对性的育种策略铺平了道路。
研究小组采用了Illumina、Oxford Nanopore和Hi-C技术相结合的综合测序策略，实现了1.17 Gb的高质量基因组组装，其中contigs分配到12条染色体上，相对于估计的基因组大小，反映了大约100倍的覆盖率。这种组装有助于鉴定最近的全基因组复制事件，支持广泛的基因组重排和红花的进化史，通过对12个物种的274个单拷贝基因的系统发育分析以及对基因家族扩张和收缩的详细检查得到证实。
在种子和花的不同发育阶段，代谢组学和转录组学分析揭示了一个全面的脂质组，主要存在三酰基甘油(TAGs)和多种类黄酮代谢物谱，突出了LA和HSYA等关键化合物的生物合成途径。通过基因组分析，研究人员预测了39,809个蛋白质编码基因，并对公共数据库进行了大量注释，并确定了特定的基因家族-用于LA生物合成的二酰基甘油酰基转移酶(DGAT)和脂肪酸去饱和酶(FADs)，以及用于HSYA生物合成的CYP和CGT -表明它们在这些代谢途径中的关键作用。
值得注意的是，220个红花品系的重测序产生了7,402,693个高质量snp，促进了全基因组关联研究(GWAS)，该研究确定了与农艺性状相关的显著snp，特别是含油量和花色。GWAS分析以及候选基因HH_034464 (CtCGT1)的功能验证，与HSYA生物合成有关，强调了分子标记在加强所需性状育种计划方面的潜力。功能分析证实了CtCGT1在黄酮类化合物糖基化中的作用，黄酮类化合物对HSYA的产生至关重要，从而揭示了红花关键代谢性状的遗传基础。
植物基因组学专家约翰·史密斯博士赞扬了这一成就，他说:“这一全面的基因组组装是红花研究的一个里程碑。它不仅增强了我们对植物进化的理解，而且为鉴定负责关键农业和药用性状的基因提供了丰富的资源。”
通过为红花分子育种提供基础，本研究提供了提高作物抗逆性、营养成分和治疗功效的潜力。展望未来，挑战在于利用这一巨大的基因组资源来开发优质的红花品种，以满足不断变化的全球气候和不断增长的人口的需求。
川红花1号的染色体基因组组装是对这一宝贵作物进行遗传探索的关键一步。该研究不仅为红花功能基因的挖掘和育种开辟了新的途径，而且对农业和制药工业具有更广泛的意义。
更多信息:蒋晨等，全基因组和全基因组关联研究改善工业和药用红花的关键农业性状，园艺研究(2023)。DOI: 10.1093 /人力资源/ uhad197
南京农业大学提供
引文:《揭开红花的遗传蓝图》(2024,April 24)，摘自2024年4月25日的https://phys.org/news/2024-04-unveiling-genetic-blueprint-safflower.html
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