Il genoma del Solanus americanus | Shanghai GAPear Co., Ltd

Nature Genetics (2023) Citare questo articolo

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I raccolti di patate (Solanum tuberosum) e pomodori (Solanum lycopersicon) subiscono gravi perdite a causa della peronospora causata dall'oomicete patogeno Phytophthora infestans. Il Solanum americanum, parente della patata e del pomodoro, è distribuito in tutto il mondo e la maggior parte delle accessioni sono altamente resistenti alla peronospora. Abbiamo generato genomi di riferimento di alta qualità di quattro accessioni di S. americanum, risequenziato 52 accessioni e definito un pan-NLRome di geni del recettore immunitario di S. americanum. Abbiamo ulteriormente analizzato le variazioni nel riconoscimento del 315P. infestans Effettori RXLR in 52 accessioni di S. americanum. Utilizzando questi dati genomici e fenotipici, abbiamo clonato tre geni che codificano NLR, Rpi-amr4, R02860 e R04373, che riconoscono gli effettori RXLR affini di P. infestans PITG_22825 (AVRamr4), PITG_02860 e PITG_04373. Queste risorse e metodologie genomiche sosterranno gli sforzi per ingegnerizzare le patate con una resistenza duratura alla peronospora e potranno essere applicate alle malattie di altre colture.

La patata è una delle colture non cerealicole più consumate al mondo. Tuttavia, parassiti e malattie riducono le rese globali del 17% circa (rif. 1). La peronospora della patata, causata dall'oomicete patogeno Phytophthora infestans2, scatenò la carestia irlandese nel 1840 ed è ancora la malattia più dannosa per la produzione mondiale di patate1.

L'immunità delle piante dipende dal riconoscimento dei patogeni da parte sia dei recettori di riconoscimento dei pattern sulla superficie cellulare (PRR) che dei recettori immunitari intracellulari. Molti geni R contro P. infestans (geni Rpi) sono stati clonati da parenti selvatici di specie di patata, come R2, R3a, R8, Rpi-blb1, Rpi-blb2 e Rpi-vnt1 da Solanum demissum, Solanum bulbocastanum e Solanum venturii3,4 ,5,6,7,8,9,10. Tuttavia, la maggior parte dei geni Rpi clonati sono stati sopraffatti dall'agente patogeno in rapida evoluzione.

Gli effettori di P. infestans trasportano un peptide segnale e un motivo RXLR-EER (dove X rappresenta qualsiasi amminoacido). Nel genoma di riferimento di P. infestans (ceppo T30-4), sono stati previsti 563 effettori RXLR, consentendo screening per il riconoscimento di questi effettori ("effettoromici") in varie piante11,12.

Sono state determinate le sequenze del genoma di riferimento di patata, pomodoro, melanzana e peperone13,14,15,16. Sono disponibili anche gruppi genomici fasizzati a livello cromosomico di patate eterozigoti diploidi e tetraploidi17,18,19. Sono emersi anche studi pan-genomici di piante coltivate, compresa la patata, che fanno luce sull'ampia variazione genetica in queste specie20,21,22,23. Sono stati sviluppati metodi di cattura della sequenza per sequenziare i repertori di geni NLR (RenSeq) e PRR (RLP/KSeq) delle piante che riducono la complessità genomica e i costi di sequenziamento24,25,26. Questi metodi hanno portato a molte importanti applicazioni, come AgRenSeq, e alla definizione del pan-NLRome di Arabidopsis27,28.

Il Solanum americanum diploide è altamente resistente alla peronospora. In precedenza, il nostro gruppo ha clonato Rpi-amr1 e Rpi-amr3 da diverse accessioni resistenti di S. americanum insieme ai loro effettori affini AVRamr1 e AVRamr3 (rif. 25,29,30,31).

Qui, abbiamo sequenziato e assemblato quattro genomi di alta qualità di S. americanum, risequenziato 52 adesioni e definito il pan-NLRome di S. americanum. Abbiamo anche selezionato 315 effettori RXLR di P. infestans in 52 adesioni di S. americanum. Queste risorse genomiche e dati funzionali hanno portato alla rapida identificazione di tre nuovi geni che codificano NLR, Rpi-amr4, R02860 e R04373, responsabili rispettivamente del riconoscimento PITG_22825 (AVRamr4), PITG_02860 e PITG_04373. Questo studio svela un panorama di interazione dell'immunità innescata da effettori (ETI) tra S. americanum e P. infestans che ci consentirà di clonare più geni Rpi dal pool genetico delle specie selvatiche di Solanum e di approfondire la nostra conoscenza della resistenza alla peronospora nei parenti selvatici di Patata. La progettazione del genoma della patata guidata dalla genomica della patata che sfrutta nuove tecnologie di selezione vegetale32 aiuterà a sviluppare varietà di patate migliori con una resistenza duratura alla peronospora.

1 Mb in size) are marked in orange./p>1 Mb in size), comprising 26 inversion and 19 inter-chromosome translocation events, between the S. americanum and potato genomes (Fig. 1b and Supplementary Fig. 5). In contrast, 67 large CRs (30 inversions and 37 inter-chromosome translocations) were found between S. americanum and eggplant (Fig. 1b). Notably, CRs were not evenly distributed across the genome. No CR was identified on chromosome 2 between S. americanum and potato, while 11 CRs occurred on chromosome 11./p>1 Mb in size). Using SP1102 as the reference, we identified 56 large SVs in SP2271 (Supplementary Fig. 6a), impacting ~256 Mb of the reference genome. However, only 14 large SVs were identified in SP2273, covering ~54 Mb of the reference genome (Supplementary Fig. 6b). Most of the SVs reside in single contigs and are supported by the Hi-C interaction map, suggesting the high reliability of SV identification (Supplementary Fig. 6c and Supplementary Table 1). The large differences in SV numbers among S. americanum genomes shed light on their complex evolutionary history. We further characterized the small SVs (40 bp–1 Mb in size) among S. americanum genomes and found that SVs might contribute to the differential expression of 1,084 genes between SP1102 and SP2271 leaves (Supplementary Note 2 and Supplementary Figs. 7 and 8)./p>1 Mb in length), we aligned the chromosome-grade assembly (SP2271 and SP2273) to the SP1102 reference genome by using MUMMER with parameters: ‘--batch 1 -t 20 -l 100 -c 500’ and further filtered the alignment with parameters: ‘-i 90 -l 100’. SyRI v1.4 was adopted to identify SVs based on the alignment delta files; only large SVs were kept for further analysis. We adopted the Hi-C interaction map and SV location to validate the large SVs. Of the 70 SVs identified in SP2271 and SP2273, 68 SVs reside in single contig, suggesting high reliability. Of these, 40 SVs could be verified by a Hi-C interaction map./p> 40 bp in length) among S. americanum genomes following the pipeline of SVIM-asm78. The contig assemblies of SP2271, SP2273 and SP2275 were aligned to the SP1102 reference using minimap2 (ref.76) with the following parameters ‘--paf-no-hit -a -x asm5 --cs -r2k’. SVs, which consist of insertions, deletions, duplications and inversions were identified using SVIM-asm with ‘haploid’ mode. The SVs were further annotated by SnpEff79./p>