Учёные отсеквенировали и аннотировали большую часть генома красной периллы

Исследователи из Японии создали высококачественную сборку генома красной периллы (Perilla frutescens), растения, распространённого в Азии и известного в Японии как Ака-Сисо, а в Великобритании и США — как «бифштексное растение» из-за тёмно-малиновых листьев. Эта сборка позволит учёным использовать богатый набор потенциально полезных биоактивных химических веществ растения, включая периллальдегид и розмариновую кислоту.

Некоторые биоактивные соединения P. frutescens обладают, как считается, лекарственными свойствами. Розмариновая кислота уже широко используется в качестве добавки, ей приписывают противовоспалительные, антидепрессивные, противогрибковые и антибактериальные свойства. Периллальдегид показал аналогичный потенциал, и существуют медицинские доказательства, подтверждающие это, несмотря на то, что рынок фитохимических добавок остаётся в основном нерегулируемым.

Исследовательская группа под руководством профессора Хидэмасы Боно из Высшей школы комплексных наук о жизни Хиросимского университета недавно опубликовала свои результаты. Согласно авторам статьи, высококачественная сборка генома теперь может служить референсом для выбора целевых генов для редактирования генома P. frutescens.

Результаты исследования были опубликованы 16 ноября 2022 года в журнале DNA Research.

Учёные выбрали P. frutescens, представителя семейства яснотковых (Lamiaceae), поскольку это растение широко известно как важная лекарственная трава с необычно широким спектром биоактивных фитохимических веществ. В растении уже идентифицированы несколько ферментов для биосинтеза только розмариновой кислоты и периллальдегида.

«Редактирование генома красной периллы для получения лучших признаков — один из перспективных способов более эффективного использования этого растения», — заявил Боно. «Для этого необходимы высококачественные последовательности генома целевого вида».

Инструменты редактирования генома, такие как CRISPR-Cas9, уже используются для конструирования биосинтетических путей в растениях, заставляя их производить соединения, востребованные при создании новых и существующих лекарств. Авторы исследования привели в пример недавнее редактирование генов томата, который таким образом можно заставить производить ГАМК (γ-аминомасляную кислоту).

Исследователи использовали конкретный штамм P. frutescens — Hoko-3. Данные показывают, что Hoko-3 обладает высокой генетической схожестью от растения к растению, отчасти потому, что это самоопыляющаяся культура, что делает его идеальным кандидатом для целевого редактирования генов. Генетический материал брали из молодых листьев, выращенных гидропонным методом, с использованием набора Genomic-tip. ДНК секвенировали на приборе PacBio Sequel IIe несколько раз, а программное обеспечение для построения консенсусной последовательности помогло получить контиги с очень высоким разрешением.

«Мы достигли высококонтиговой сборки генома красной периллы, одомашненной в Японии, используя чтения PacBio HiFi», — сказал первый автор Кейта Тамура. «Мы закрепили 99,2% сборки на 20 псевдохромосомах, семь из которых состояли из одного контига. Используя системный рабочий процесс функциональной аннотации для растений под названием "Fanflow4Plants", мы функционально аннотировали 72 983 гена из 76 825 генов, кодирующих белки».

Для аннотации генов в сборке использовали два взаимодополняющих процесса, каждый со своими уникальными преимуществами в секвенировании, и объединили данные. «Количество аннотированных в этом исследовании генов путём объединения двух аннотаций на основе доказательств и метода предсказания генов (BRAKER2) составило 86 258, что почти вдвое больше, чем в ранее собранном геноме P. frutescens (43 527 генов), и близко к количеству генов, заявленному для другого тетраплоидного вида яснотковых Salvia splendens (88 489 генов)», — написали Тамура и его соавторы.

Теперь, когда у исследователей есть высококачественная сборка генома Hoko-3, они могут перейти к следующим шагам по раскрытию уникального потенциала растения.

«Сборка генома и функциональные аннотации, полученные в этом исследовании, будут использоваться для поиска целевых генов для редактирования генома красной периллы», — сказал Тамура. «Возможно, удастся усилить накопление ценных фитохимических веществ внутри растения».