Геном сладкого апельсина Валенсия: ключ к устойчивости против болезни позеленения плодов (HLB)

Сладкий апельсин (Citrus sinensis L.) — гибридная культура, происходящая от мандаринов (Citrus reticulata) и помело (Citrus maxima). Его геномное разнообразие сложно из-за древней межвидовой гибридизации. Существующие сборки генома, включая геном гаплоидного сладкого апельсина (HSO), не дают полной картины на уровне хромосом. Однородность сортов делает их уязвимыми к болезням, таким как Huanglongbing (HLB), угрожающей мировому производству цитрусовых.

В ноябре 2022 года в Horticulture Research была опубликована работа, представляющая фазовый геном сладкого апельсина Валенсия (DVS) на уровне хромосом.

Сборка и анализ генома

  • Используя PacBio continuous long reads, учёные получили сборку размером 607.6 Mb с N50 = 15.4 Mb.
  • Применение фазового подхода позволило собрать 18 псевдохромосом (598.6 Mb), разделённых на наборы DVS_A и DVS_B.
  • DVS_A на 97.1% состоит из регионов мандаринового происхождения, а DVS_B — на 87.4% из регионов помело.
  • Нуклеотидное сходство между DVS_A и DVS_B составило 96.2%.
  • Аннотировано 55 745 белок-кодирующих генов — наивысшая полнота BUSCO среди геномов цитрусовых.
  • Геном DVS показал значительно меньшую частоту ошибок, чем предыдущий эталон HSO.

Исследование толерантности к HLB

Учёные изучили молекулярные механизмы толерантности к HLB на примере мутантного сладкого апельсина T19.

  • Несмотря на эквивалентный уровень заражения патогеном, деревья T19 имели более высокий индекс листовой поверхности и здоровый рост по сравнению с чувствительным сортом T78 и контрольным DVS.
  • Анализ выявил три соматических структурных варианта (SV), общих для T19 и родственного образца SF. Эти сложные транслокации и инсерции затрагивают несколько генов и могут влиять на толерантность.
  • В T19 обнаружены значительные изменения в аллельно-специфической экспрессии генов по сравнению с DVS и T78.
  • Уникальные паттерны T19 включают повышенную регуляцию генов:
    • Ответа на стресс.
    • Митохондриального метаболизма.
    • Белков теплового шока (HSP), критичных для устойчивости.
    • Участвующих в снижении уровня активных форм кислорода (что смягчает симптомы HLB).
  • Эти различия также подтверждаются профилями транскриптома и наличием дифференциально экспрессирующихся микроРНК в T19.

Вывод: Превосходная толерантность T19 к HLB, вероятно, обусловлена соматическими мутациями, которые усиливают стрессовый ответ и защищают гомеостаз флоэмных белков.

Новая высокоточная фазовая диплоидная сборка генома апельсина Валенсия открывает возможности для аллель-уровневых исследований в генетике цитрусовых и будет направлять программы генной инженерии и селекции для создания улучшенных сортов.

2023-11-21