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Nature Plants (2023) Cita questo articolo 6589 Accessi 96 Altmetric Metrics dettagli Nicotiana benthamiana è un prezioso modello di pianta e piattaforma biotecnologica con un genoma allotetraploide di ~ 3 Gb. A

Nature Plants (2023) Cita questo articolo

6589 accessi

96 Altmetrico

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Nicotiana benthamiana è un prezioso modello di pianta e piattaforma biotecnologica con un genoma allotetraploide di circa 3 Gb. Per migliorare ulteriormente la sua utilità e versatilità, abbiamo prodotto assemblaggi genomici a livello cromosomico di alta qualità, abbinati a set di dati di trascrittoma, epigenoma, microRNA ed elementi trasponibili, per il ceppo LAB ubiquitariamente utilizzato e una relativa accessione selvatica, QLD. Inoltre, sono state prodotte mappe del polimorfismo a singolo nucleotide per altri due ceppi di laboratorio e quattro accessioni selvatiche. Nonostante la perdita di cinque cromosomi dal tetraploide ancestrale, l'espansione delle regioni intergeniche, la diffusa allopoliploidia segmentale, la diploidizzazione avanzata e l'evidenza di recenti esplosioni di mobilità dello pseudovirus Copia (Copia) non osservate in altri genomi di Nicotiana, i due sottogenomi di N. benthamiana mostrano grandi dimensioni regioni di sintesi tra le Solanacee. LAB e QLD presentano molte differenze genetiche, metaboliche e fenotipiche, comprese le disparate risposte all'interferenza dell'RNA, ma sono altamente interfertili e suscettibili all'editing del genoma e alla trasformazione sia transitoria che stabile. La combinazione LAB/QLD ha il potenziale per essere utile quanto la partnership Columbia-0/Landsberg errecta, utilizzata dai primi giorni pionieristici della genomica dell'Arabidopsis fino ad oggi.

Il genere Nicotiana, che comprende circa 75 specie, è prevalentemente endemico delle Americhe e dell'Australia1. Come la maggior parte delle Solanacee, ha un numero cromosomico di base pari a 12, con un contenuto di DNA aploide compreso tra 1,37 e 6,27 Gb (rif. 2). La sezione Suaveolentes (dall'odore gradevole) include N. benthamiana ed è il più grande gruppo allotetraploide del genere (~ 35 specie) con numeri di cromosomi compresi tra 15 e 24, diagnostici di un evento di allotetraplodizzazione seguito da perdita cromosomica3,4,5 (Fig. 1a ). Quasi tutte le specie in questa sezione sono originarie dell'Australasia, che apparentemente colonizzarono durante la transizione del Pliocene circa 5-6 milioni di anni fa (Ma). Gli antenati diploidi di N. benthamiana molto probabilmente appartenevano alle sezioni Sylvestres e Noctiflorae, i cui parenti esistenti sequenziati più vicini sono N. sylvestris (~2,6 Gb) e N. glauca (~3,2 Gb)6,7,8,9,10, 11, rispettivamente.

a, Filogenesi proposta e origine della sezione Suaveolentes rispetto ad altre Nicotianas. I numeri dei cromosomi sono indicati per ciascuna specie Suaveolentes. Le specie evidenziate da un asterisco sono parenti esistenti dei presunti genitori di N. benthamiana e N. tabacum. b, Distribuzione di N. benthamiana in Australia (regioni a scacchi). Le posizioni fisiche delle accessioni isolate di N. benthamiana riportate in questo studio sono mostrate da spilli e le tradizionali rotte commerciali indigene sono mostrate da linee rosse. c, Profili di emissione media di composti volatili floreali selezionati da LAB e QLD in un periodo di 24 ore. Blu scuro, alcool benzilico. Per altri composti vedere Dati estesi Fig. 1. I dati sono presentati come media ± sem (n = 4 per punto campione). d, produzione di antociani 5 giorni dopo l'espressione transitoria di MYB simile ad AN in LAB e QLD; i pannelli di destra mostrano protoplasti isolati da patch infiltrate da LAB e QLD (n = 5). Barra della scala, 50 μm. e, Confronto tra l'accumulo di nicotina e nornicotina nei fiori e nelle foglie di LAB e QLD. La conversione biochimica della nicotina in nornicotina, mediata dalla demetilasi CYP82E (Extended Data Fig. 9), è mostrata a destra. I dati sono presentati come media ± sem (n = 4). f, Confronto tra l'accumulo di HGL-DTG nei fiori e nelle foglie di LAB e QLD. Il percorso biochimico schematico è mostrato a destra. I dati sono presentati come media ± sd (n = 4).

N. benthamiana è una piattaforma vegetale molto importante per la produzione di proteine ​​biofarmaceutiche e vaccini7,12 ed è stata determinante per scoperte fondamentali nell'interferenza dell'RNA (RNAi), nelle interazioni pianta-patogeno, nell'ingegneria del percorso metabolico, nella genomica funzionale, nella biologia sintetica e nell'editing genetico13. Tutto questo lavoro si è basato su piante derivate da un'accessione che chiamiamo LAB, che sembra aver avuto origine da un'unica raccolta vicino alla miniera d'oro di Granites nell'Australia centrale7,14,15 (Fig. 1b). Recentemente sono state descritte diverse adesioni aggiuntive7,14,15,16.

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>