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Nature Plants (2023)Citer cet article 6589 accès 96 Détails Altmetric Metrics Nicotiana benthamiana est une plante modèle inestimable et une plateforme biotechnologique avec un génome allotétraploïde d'environ 3 Go. À

Nature Plantes (2023)Citer cet article

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Nicotiana benthamiana est une plante modèle inestimable et une plateforme biotechnologique dotée d'un génome allotétraploïde d'environ 3 Gb. Pour améliorer encore son utilité et sa polyvalence, nous avons produit des assemblages génomiques de haute qualité au niveau des chromosomes, couplés à des ensembles de données sur le transcriptome, l'épigénome, les microARN et les éléments transposables, pour la souche LAB omniprésente et une accession sauvage associée, QLD. En outre, des cartes de polymorphisme nucléotidique unique ont été produites pour deux autres souches de laboratoire et quatre accessions sauvages. Malgré la perte de cinq chromosomes du tétraploïde ancestral, l'expansion des régions intergéniques, l'allopolyploïdie segmentaire généralisée, la diploïdisation avancée et la preuve de récentes poussées de mobilité du pseudovirus Copia (Copia) non observées dans les autres génomes de Nicotiana, les deux sous-génomes de N. benthamiana présentent de grandes régions de synténie à travers les Solanacées. LAB et QLD présentent de nombreuses différences génétiques, métaboliques et phénotypiques, notamment des réponses disparates à l'interférence de l'ARN, mais sont hautement interfertiles et se prêtent à l'édition du génome et à une transformation à la fois transitoire et stable. La combinaison LAB/QLD a le potentiel d'être aussi utile que le partenariat Columbia-0/Landsberg errecta, utilisé depuis les premiers jours de la génomique d'Arabidopsis jusqu'à aujourd'hui.

Le genre Nicotiana, comprenant environ 75 espèces, est principalement endémique des Amériques et de l'Australie1. Comme la plupart des solanacées, elle possède un nombre de chromosomes de base de 12, avec une teneur en ADN haploïde allant de 1,37 à 6,27 Gb (réf. 2). La section Suaveolentes (agréablement odorante) comprend N. benthamiana et constitue le plus grand groupe allotétraploïde du genre (~ 35 espèces) avec un nombre de chromosomes allant de 15 à 24, diagnostic d'un événement d'allotétraplodisation suivi d'une perte de chromosomes 3,4,5 (Fig. 1a). ). Presque toutes les espèces de cette section sont indigènes d'Australasie, qu'elles ont apparemment colonisées pendant la transition du Pliocène il y a environ 5 à 6 millions d'années (Ma). Les ancêtres diploïdes de N. benthamiana appartenaient très probablement aux sections Sylvestres et Noctiflorae, dont les plus proches parents séquencés existants sont N. sylvestris (~ 2,6 Gb) et N. glauca (~ 3,2 Gb) 6,7,8,9,10, 11, respectivement.

a, Phylogénie proposée et origine de la section Suaveolentes par rapport aux autres Nicotianas. Les numéros de chromosomes sont indiqués pour chaque espèce de Suaveolentes. Les espèces signalées par un astérisque sont des parents existants des parents putatifs de N. benthamiana et N. tabacum. b, Répartition de N. benthamiana en Australie (régions en damier). Les emplacements physiques des accessions isolées de N. benthamiana signalées dans cette étude sont indiqués par des épingles, et les routes commerciales autochtones traditionnelles sont indiquées par des lignes rouges. c, Profils d'émission moyenne de composés volatils floraux sélectionnés de LAB et QLD sur une période de 24 h. Bleu foncé, alcool benzylique. Pour les autres composés, voir Données étendues, Fig. 1. Les données sont présentées sous forme de moyenne ± sem (n = 4 par point d'échantillonnage). d, production d'anthocyanes 5 jours après l'expression transitoire de MYB de type AN dans LAB et QLD ; les panneaux de droite montrent des protoplastes isolés de patchs infiltrés par LAB et QLD (n = 5). Barre d'échelle, 50 μm. e, Comparaison de l'accumulation de nicotine et de nornicotine dans les fleurs et les feuilles de LAB et QLD. La conversion biochimique de la nicotine en nornicotine, médiée par la déméthylase CYP82E (Extended Data Fig. 9), est illustrée à droite. Les données sont présentées sous forme de moyenne ± sem (n = 4). f, Comparaison de l'accumulation de HGL-DTG dans les fleurs et les feuilles de LAB et QLD. La voie biochimique schématique est présentée à droite. Les données sont présentées sous forme de moyenne ± écart-type (n = 4).

N. benthamiana est une plateforme végétale très importante pour la production biopharmaceutique de protéines et de vaccins7,12 et a joué un rôle déterminant dans les découvertes fondamentales en matière d’interférence ARN (ARNi), d’interactions plantes-pathogènes, d’ingénierie des voies métaboliques, de génomique fonctionnelle, de biologie synthétique et d’édition génétique13. Tous ces travaux se sont appuyés sur des plantes dérivées d'une accession que nous appelons LAB, qui semble provenir d'une seule collection près de la mine d'or Granites dans le centre de l'Australie7,14,15 (Fig. 1b). Plusieurs accessions supplémentaires ont été récemment décrites7,14,15,16.

95%) as tomato, eggplant, potato and pepper./p> ’. The bioinformatic analyses were performed at the High-Performance Computing (HPC) facility, QUT, and on Flashlite on QRIScloud, Australia./p>

EDTA.pl-genome -species others -step all -u -sensitive 0 -anno 1 -threads 48./p>99.9% for all replicates (three replicates from each LAB and QLD). The cytosine methylation level was calculated using the bismark_methylation_extractor in Bismark (v.0.19.0). The methylation ratio of cytosine was calculated as the number of methylated cytosines divided by the number of reads covering that position./p>0.5 TPM was used for downstream analysis. Values of this combined analysis were used to determine the relative expression of homeologues. The homoeologous pairs were defined as expressed when the sum of the a and b subgenome homeologues was >0.5 TPM. This filtration included duplicate pairs in which only a single homeologue was expressed. To standardize the relative expression of homeologues, the absolute TPM for each gene within the duplicate pair was normalized as follows. A and B represent the genes corresponding to the A and B homeologues in pairs./p>95%) and >50% coverage were identified as integrated T-DNA in the plant genome. For the stable transformation analysis, leaf tissues were collected from 5-week-old N. benthamiana stable transgenic independent lines generated using pFN117 (Cas9) and pUQC-GFP-(218). Genomic DNA was extracted following the cetyltrimethylammonium bromide method. Nested, insertion-specific primers for the right borders (RB1, RB2 and RB3 RB2 and RB3; Table 2) of pFN117 and pUQC-GFP-(218)-A were designed. Arbitrary degenerate primers and the high-throughput thermal asymmetric interlaced polymerase chain reaction (ht-TAIL-PCR) program were as described by Singer and Burke93. Purified PCR products were directly Sanger sequenced using RB3 primer, and the insertion sites were identified through a BLASTn search against the N. benthamiana genome. The number of stable and transient T-DNA insertion sites that intersect gene body, promoter, terminator and TEs were determined using the bedtools Intersect tool (v.2.30.0)92 and the length to the closest gene from the insertion site was calculated using RnaChipIntegrator (v.1.1.0) (https://github.com/fls-bioinformatics-core/RnaChipIntegrator). The z-score test for two population proportions was used to determine the significant difference between 10 kb, 10–20 kb, 20–30 kb and 30–40 kb intervals from all stable, transient transgene insertion sites and randomly selected sites in the N. benthamiana genome./p>

15kbp and surrounding syntenic genes in are shown in orange, purple, yellow and brown. Orthology/homology relationships are indicated by coloured shading. In (B), distances between genes indicated (black text)< 50kbp; (red text) >50kbp. TE annotation tracks for LAB and QLD were prepared using annotation data from the EDTA TE annotation pipeline (see online Methods) and Geneious Prime software (Geneious Prime 2023.0.1; https://www.geneious.com). Only LTR-transposable elements are shown. Yellow blocks represent GYPSY elements and green blocks represent COPIA elements. The size of each block is proportional to the number of base-pairs annotated for that element. Red triangles represent LTR repeat regions that flank either a GYPSY or COPIA element. These elements are likely to be nearly complete and can be considered possible autonomous elements. The rectangular red blocks flank unknown LTR-TE elements. Unknown TEs are elements that are recognized as an LTR element but are not able to be classified as either a COPIA or GYPSY element due to irregularities in internal sequences for that element. These are likely to represent non-autonomous elements. Those elements not flanked by LTR sequences are highly fragmented nonfunctional elements. The blue rectangular boxes highlight the location of the genes annotated in the tracks above and below the TE annotation tracks./p>