Сборка почти бесщелевого генома тополя: новые данные и перспективы

Исследовательская группа собрала почти бесщелевой, теломер-теломерный (T2T) геном Populus ussuriensis, заполнив пробелы, присутствующие в геноме P. trichocarpa. Используя секвенирование длинными ридами, команда впервые для тополей идентифицировала и аннотировала центромерные области во всех хромосомах удвоенного гаплоидного (DH) генома. Геном содержит 34 953 белок-кодирующих гена, что на 465 генов больше, чем у P. trichocarpa.

Геном T2T P. ussuriensis углубляет понимание структуры и функций генома тополей, способствуя эволюционным исследованиям. Высокая коллинеарность сборки с P. trichocarpa облегчает сравнительную геномику, эпигенетические исследования и изучение репродуктивной биологии.

Несмотря на значимость тополей, создание высококачественных сборок их геномов оставалось сложной задачей из-за высокой гетерозиготности и высокоповторяющихся последовательностей. Развитие гомозиготных линий предлагает решение, но их получение у древесных растений затруднено длительным ювенильным периодом.

Исследование, опубликованное в Forestry Research, представляет высококачественный геном тополя с аннотированными центромерами и теломерами.

В работе была инициирована индукция гаплоидного каллуса из пыльников P. ussuriensis, гаплоидные и DH каллусы идентифицированы с помощью высокопроизводительного скрининга и полногеномного ресеквенирования для идентификации SNP. Была выбрана линия DH15, и k-mer анализ подтвердил её гомозиготное происхождение и оценил размер генома. Бесщелевой референсный геном для DH15 был построен с использованием PacBio HiFi ридов и Hi-C данных. Он включает 19 полностью собранных хромосом с аннотированными теломерами и центромерами.

Геном продемонстрировал высокую полноту и качество, превосходя предыдущие сборки P. trichocarpa. Теломеры показали различную длину на разных хромосомах, а 19 центромер — вариабельную длину и структуру. Сравнительный анализ выявил близкие филогенетические отношения среди видов Populus. Геном DH15 содержит разнообразный набор повторяющихся элементов. Анализ генных семейств выявил специфические семейства, обогащённые генами, участвующими в метаболизме фосфатов. Сравнение с другими геномами тополя подчеркнуло превосходную контигуозность и полноту DH15, особенно в центромерных регионах, где были обнаружены новые гены и транскрипты.

По словам старшего исследователя Су Чен: «Эта усовершенствованная сборка генома будет чрезвычайно полезна для молекулярного анализа функций генов у тополей и позволит проводить сравнительные геномные исследования между различными видами тополей. Она служит прочной основой для будущих исследований геномов тополя и других растений».

Таким образом, в этом исследовании достигнута почти бесщелевая сборка высококонтигуозного генома тополя DH15, что позволяет проводить всесторонний анализ центромерных регионов и функций генов. Это будет способствовать прогрессу в геномике тополей, сравнительных исследованиях и стратегиях молекулярной селекции. Эта сборка станет ключевым ресурсом для понимания биологии тополя и ускорения практического применения в лесоводстве и биотехнологии.