Veel van het onderzoek op het gebied van functionele genomica van planten tot nu toe is gebaseerd op benaderingen die zijn gebaseerd op enkelvoudige referentiegenomen. Maar op zichzelf, een enkel referentiegenoom geeft niet de volledige genetische variabiliteit van een soort weer. Een pan-genoom, de niet-redundante vereniging van alle sets van genen gevonden in individuen van een soort, is een waardevolle hulpbron voor het ontsluiten van natuurlijke diversiteit. Echter, de computationele middelen die nodig zijn om een ​​groot aantal hoogwaardige genoomassemblages te produceren, zijn een beperkende factor geweest bij het creëren van pan-genomen van planten.

Het hebben van pan-genomen van planten voor gewassen die belangrijk zijn voor brandstof- en voedseltoepassingen, zou veredelaars in staat stellen natuurlijke diversiteit te benutten om eigenschappen zoals opbrengst, ziekteresistentie, en tolerantie van marginale groeiomstandigheden. In een artikel gepubliceerd op 19 december, 2017 in Natuurcommunicatie , een internationaal team onder leiding van onderzoekers van het Joint Genome Institute (JGI) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), een DOE Office of Science User Facility in het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), de grootte van een plant-pan-genoom gemeten met behulp van Brachypodium distachyon , een wild gras dat veel wordt gebruikt als model voor graan- en biomassagewassen. Als een van de Plant Flagship Genomes van JGI, B. distachyon behoort tot de meest complete plantenreferentiegenomen.

"Er zijn een groot aantal genen die niet zijn vastgelegd in een enkel referentiegenoom, " voegde senior auteur John Vogel toe, hoofd van de JGI's Plant Functional Genomics-groep. "Inderdaad, ongeveer de helft van de genen in het pan-genoom wordt gevonden in een variabel aantal lijnen." Vogel en zijn collega's voerden de novo assemblage en annotatie van het hele genoom uit van 54 geografisch diverse lijnen van B. distachyon , wat een pan-genoom opleverde dat bijna tweemaal het aantal genen bevat dat in een individuele lijn wordt gevonden.

"Het genoom van een soort is een verzameling genomen, elk met hun eigen unieke twist, " voegde JGI bio-informaticus en eerste auteur Sean Gordon toe. "Nu we weten dat focussen op een enkel referentiegenoom leidt tot onvolledige en bevooroordeelde schattingen van genetische diversiteit en genen negeert die potentieel belangrijk zijn voor foktoepassingen, we moeten meerdere referenties beter opnemen in toekomstige studies van natuurlijke diversiteit."

Bovendien, genen die in slechts enkele lijnen worden gevonden, hebben de neiging bij te dragen aan biologische processen (bijv. ziekteresistentie, ontwikkeling) die onder bepaalde omgevingsomstandigheden gunstig kan zijn, overwegende dat genen die in elke lijn worden aangetroffen gewoonlijk de basis vormen voor essentiële cellulaire processen (bijv. glycolyse, ijzertransport).

"Dit betekent dat de variabele genen bij voorkeur behouden blijven als ze onder bepaalde omstandigheden gunstig zijn. Dit zijn precies de soorten genen die veredelaars nodig hebben om gewassen te verbeteren." zei Vogel.

In aanvulling, genen gevonden in slechts een subset van lijnen vertoonden hogere snelheden van evolutie, dichter bij transponeerbare elementen liggen (waarvan wordt aangenomen dat ze een sleutelrol spelen in de evolutie van het pan-genoom), en waren minder waarschijnlijk te vinden op dezelfde chromosomale locatie als functioneel equivalente genen in andere grassen.

De volgorde assemblages, genannotaties en gerelateerde informatie kunnen worden gedownload van de projectwebsite BrachyPan:brachypan.jgi.doe.gov. De Brachypodium distachyon genoom is beschikbaar op de JGI Plant Portal Phytozome:phytozome.jgi.doe.gov.