Wetenschap
Onthulling van de genetische blauwdruk van saffloer
Een onderzoeksteam heeft een hoogwaardige assemblage op chromosoomschaal van het Chuanhonghua 1-saffloergenoom voltooid. Dit werk werpt licht op de genetische onderbouwing van cruciale eigenschappen zoals de productie van linolzuur (LA) en hydroxysafflor geel A (HSYA). Het schept een nieuw precedent voor gewasverbetering en functionele genomicastudies.
Saffloer (Carthamus tinctorius L.), een plant die bekend staat om zijn levendige bloemen en voedselrijke zaden, wordt al duizenden jaren gekweekt in het vruchtbare halvemaangebied. Het staat hoog aangeschreven vanwege zijn olie, rijk aan LA; en de bloemen, die HSYA bevatten, stoffen met uitgebreide industriële en medicinale toepassingen. Ondanks de waarde ervan wordt genetisch onderzoek naar saffloer beperkt door het beperkte inzicht in het genoom ervan.
Een onderzoek dat verschijnt in Horticulture Research verheldert de genetische basis van saffloer en maakt zo de weg vrij voor gerichte veredelingsstrategieën.
Het onderzoeksteam maakte gebruik van een geïntegreerde sequencingstrategie die Illumina-, Oxford Nanopore- en Hi-C-technologieën combineerde om een hoogwaardige genoomassemblage van 1,17 Gb te bereiken met contigs toegewezen aan 12 chromosomen, wat een ongeveer 100-voudige dekking weerspiegelt in verhouding tot de geschatte genoomgrootte. Deze bijeenkomst vergemakkelijkte de identificatie van een recente duplicatie van het hele genoom, die de uitgebreide genomische herschikkingen en de evolutionaire geschiedenis van saffloer ondersteunde, bevestigd door fylogenetische analyse met behulp van 274 genen met één kopie van 12 soorten, en een gedetailleerd onderzoek van de uitbreiding en contractie van de genfamilie.
Metabolomische en transcriptomische profilering over verschillende ontwikkelingsstadia van zaden en bloemen onthulde een uitgebreid lipidoom met een overheersende aanwezigheid van respectievelijk triacylglycerolen (TAG's) en een divers flavonoïde metabolietspectrum, wat de biosynthetische routes van belangrijke verbindingen zoals LA en HSYA benadrukt. Door middel van genomische analyse voorspelden de onderzoekers 39.809 eiwitcoderende genen, met substantiële annotaties tegen openbare databases, en identificeerden ze specifieke genfamilies – diacylglycerolacyltransferase (DGAT) en vetzuurdesaturasen (FAD’s) voor LA-biosynthese, en CYP en CGT voor HSYA-biosynthese – wat hun centrale rol in deze metabolische routes aangeeft.
Met name het opnieuw sequencen van 220 saffloerlijnen leverde 7.402.693 hoogwaardige SNP's op, wat een genoombrede associatiestudie (GWAS) mogelijk maakte die significante SNP's aan het licht bracht die verband houden met agronomische eigenschappen, met name het oliegehalte en de bloemkleur. Deze GWAS-analyse, samen met de functionele verificatie van het kandidaat-gen HH_034464 (CtCGT1), betrokken bij de HSYA-biosynthese, onderstreepte het potentieel van moleculaire markers bij het verbeteren van fokprogramma's voor gewenste eigenschappen. De functionele tests bevestigden de rol van CtCGT1 bij de glycosylatie van flavonoïden, cruciaal voor de productie van HSYA, en werpen daarmee licht op de genetische onderbouwing van belangrijke metabolische eigenschappen in saffloer.
Dr. John Smith, een expert op het gebied van plantengenomica, prees de prestatie en zei:“Deze uitgebreide genoomassemblage is een mijlpaal in het saffloeronderzoek. Het vergroot niet alleen ons begrip van de evolutie van planten, maar biedt ook een rijke bron voor het identificeren van genen die verantwoordelijk zijn voor belangrijke agrarische en medicinale eigenschappen."
Door een basis te leggen voor de moleculaire veredeling van saffloer, biedt dit onderzoek het potentieel om de veerkracht, de voedingswaarde en de therapeutische werkzaamheid van gewassen te verbeteren. Vooruitkijkend ligt de uitdaging in het benutten van deze enorme genomische hulpbron om superieure saffloervariëteiten te ontwikkelen die voldoen aan de eisen van een veranderend mondiaal klimaat en een groeiende bevolking.
De genoomassemblage op chromosoomschaal van de Chuanhonghua 1-saffloer vertegenwoordigt een cruciale stap voorwaarts in de genetische verkenning van dit waardevolle gewas. Dit onderzoek opent niet alleen nieuwe wegen voor de mijnbouw en veredeling van functionele genen voor saffloer, maar heeft ook bredere implicaties voor de landbouw- en farmaceutische industrie.