番茄(Solanumlycopersicum)具有全球重要性,2020年产量约为1.86亿吨。除了其食用和经济价值外,番茄还成为发育生物学研究的重要模型,在果实发育等某些方面超过了拟南芥、新陈代谢、植物-病原体相互作用和共生研究。
MicroTom是番茄品种,由于其体积较小、生长周期较短、转化效率较高,是目前广泛应用于实验室研究的实验模式植物。
尽管对众多番茄品种进行了广泛的重新测序,但MicroTom的高质量基因组明显缺失,这给依赖Heinz番茄基因组作为参考但使用MicroTom进行功能实验的发育生物学家带来了挑战。
2023年7月,园艺研究发表了题为“基于MicroTom番茄基因组和RNAome的番茄器官发育综合调控网络”的研究文章。在这项研究中,研究人员提供了MicroTom的高质量基因组,并与之前发表的亨氏番茄基因组进行了比较基因组分析。
首先,他们结合Nanopore和Illumina测序数据获得了799Mb的MicroTom基因组组装,其中包含60个重叠群。MicroTom组件的蛋白质编码基因注释捕获了98.57%的胚胎植物BUSCO(odb10)基因。
比较基因组学揭示了MicroTom和Heinz基因组之间的显着相似性和差异,两者具有共同的多倍体事件,但在基因内容、结构变异和单核苷酸多态性(SNP)方面表现出相当大的基因组差异。
此外,研究人员展示了MicroTom在不同器官/发育阶段/治疗中的RNAome景观,并对MicroTom蛋白质编码基因的转录组在基因表达和选择性剪接(AS)方面进行了全面分析。
然后,他们利用参考基因组和丰富的基因表达数据构建了多个基因共表达网络,这将为鉴定植物生长过程中涉及多种调控途径的重要基因(例如丛枝菌根共生和果实发育)提供有价值的线索。
该研究还通过整合不同发育阶段和条件的数据,揭示了非编码RNA,包括miRNA、lncRNA和circRNA。
从sRNA数据集中共鉴定出210个miRNA,其中164个属于miRbase中48个已知的番茄miRNA家族。MicroTom转录本共注释了4,835个lncRNA,其中超过2,944个(60.89%)是从基因间区域转录的。通过将测序读数映射到MicroTom基因组上,识别出由三个独立软件工具支持的19,840个circRNA。
最后,研究人员开发了一个综合数据库(MicroTomBase),为他们的数据和结果提供在线搜索和下载的可能性。该在线资源旨在成为使用MicroTom番茄的研究人员的宝贵工具,加强比较基因组学、基因表达和功能基因组学的研究。
总之,这项研究不仅提供了高质量的MicroTom基因组,而且还提供了编码和非编码元件的丰富注释,并得到了广泛的转录组分析的支持。
对基因表达谱、选择性剪接、非编码RNA功能和共表达网络的深入了解极大地增进了我们对MicroTom番茄基因组和转录组复杂性的理解,为植物生物学和遗传学的未来研究提供了宝贵的资源。