Zespół badawczy zakończył składanie wysokiej jakości genomu krokosza Chuanhonghua 1 w skali chromosomowej. Praca ta rzuca światło na genetyczne podstawy kluczowych cech, takich jak produkcja kwasu linolowego (LA) i żółcieni hydroksysafflorowej A (HSYA). Ustanawia nowy precedens w badaniach nad ulepszaniem upraw i genomiką funkcjonalną.

Krokosz barwierski (Carthamus tinctorius L.), roślina znana z żywych kwiatów i nasion bogatych w składniki odżywcze, jest uprawiana od tysięcy lat w regionie żyznego półksiężyca. Jest wysoko ceniony ze względu na olej bogaty w LA; i jej kwiaty, które zawierają HSYA, substancje o szerokim zastosowaniu przemysłowym i leczniczym. Pomimo swojej wartości, badania genetyczne krokosza barwierskiego były ograniczone ze względu na ograniczone zrozumienie jego genomu.

Badanie pojawiające się w Badania ogrodnicze wyjaśnia podłoże genetyczne krokosza barwierskiego, torując w ten sposób drogę ukierunkowanym strategiom hodowlanym.

Zespół badawczy zastosował zintegrowaną strategię sekwencjonowania, łącząc technologie Illumina, Oxford Nanopore i Hi-C, aby uzyskać wysokiej jakości zespół genomu o wielkości 1,17 Gb z kontigami przypisanymi do 12 chromosomów, co odzwierciedla około 100-krotne pokrycie w stosunku do szacowanej wielkości genomu. Zestawienie to ułatwiło identyfikację niedawnego zdarzenia duplikacji całego genomu, leżącego u podstaw rozległych rearanżacji genomu i historii ewolucji krokosza barwierskiego, potwierdzonego analizą filogenetyczną z wykorzystaniem 274 genów o pojedynczej kopii u 12 gatunków oraz szczegółowym badaniem ekspansji i kurczenia się rodziny genów.

Profilowanie metabolomiczne i transkryptomiczne na różnych etapach rozwoju nasion i kwiatów ujawniło kompleksowy lipidom z dominującą obecnością odpowiednio triacylogliceroli (TAG) i zróżnicowanego spektrum metabolitów flawonoidów, podkreślając szlaki biosyntezy kluczowych związków, takich jak LA i HSYA. Dzięki analizie genomu naukowcy przewidzieli istnienie 39 809 genów kodujących białka, ze znacznymi adnotacjami w publicznych bazach danych, a także zidentyfikowali konkretne rodziny genów — acylotransferaza diacyloglicerolu (DGAT) i desaturazy kwasów tłuszczowych (FAD) dla biosyntezy LA oraz CYP i CGT dla biosyntezy HSYA. wskazując na ich kluczową rolę w tych szlakach metabolicznych.

Warto zauważyć, że ponowne sekwencjonowanie 220 linii krokosza barwierskiego dało 7 402 693 SNP wysokiej jakości, co ułatwiło badanie asocjacyjne całego genomu (GWAS), które wskazało istotne SNP powiązane z cechami agronomicznymi, w szczególności zawartością oleju i kolorem kwiatów. Ta analiza GWAS, wraz z funkcjonalną weryfikacją genu kandydującego HH_034464 (CtCGT1), zaangażowanego w biosyntezę HSYA, podkreśliła potencjał markerów molekularnych we wzmacnianiu programów hodowlanych pod kątem pożądanych cech. Testy funkcjonalne potwierdziły rolę CtCGT1 w glikozylacji flawonoidów, kluczową dla produkcji HSYA, rzucając w ten sposób światło na genetyczne podstawy kluczowych cech metabolicznych krokosza barwierskiego.

Dr John Smith, ekspert w dziedzinie genomiki roślin, pochwalił to osiągnięcie, stwierdzając: „To kompleksowe składanie genomu jest kamieniem milowym w badaniach nad szafranem. Nie tylko pogłębia nasze zrozumienie ewolucji roślin, ale także zapewnia bogate źródło informacji do identyfikacji genów odpowiedzialnych za kluczowe cechy rolnicze i lecznicze.”

Badania te, dostarczając podstaw pod molekularną hodowlę krokosza barwierskiego, oferują potencjał zwiększenia odporności upraw, zawartości składników odżywczych i skuteczności terapeutycznej. Patrząc w przyszłość, wyzwanie polega na wykorzystaniu tego ogromnego zasobu genomowego do opracowania doskonałych odmian krokosza barwierskiego, które spełniają wymagania zmieniającego się globalnego klimatu i rosnącej populacji.

Złożenie genomu krokosza Chuanhonghua 1 w skali chromosomowej stanowi krytyczny krok naprzód w badaniach genetycznych tej cennej rośliny uprawnej. Badania te nie tylko otwierają nowe możliwości w zakresie wydobywania i hodowli funkcjonalnych genów krokosza barwierskiego, ale mają także szersze implikacje dla przemysłu rolnego i farmaceutycznego.