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Nature Plants (2023)Cite este artigo 6589 Acessos 96 Detalhes da Altmetric Metrics Nicotiana benthamiana é uma planta modelo inestimável e uma plataforma de biotecnologia com um genoma alotetraplóide de ~3 Gb. Para

Plantas da Natureza (2023)Cite este artigo

6589 Acessos

96 Altmétrico

Detalhes das métricas

Nicotiana benthamiana é uma planta modelo inestimável e uma plataforma de biotecnologia com um genoma alotetraplóide de aproximadamente 3 Gb. Para melhorar ainda mais sua utilidade e versatilidade, produzimos conjuntos de genoma de alta qualidade em nível de cromossomo, juntamente com conjuntos de dados de transcriptoma, epigenoma, microRNA e elementos transponíveis, para a cepa LAB onipresente e um acesso selvagem relacionado, QLD. Além disso, foram produzidos mapas de polimorfismo de nucleotídeo único para mais duas cepas de laboratório e quatro acessos selvagens. Apesar da perda de cinco cromossomos do tetraplóide ancestral, da expansão de regiões intergênicas, da alopoliploidia segmentar generalizada, da diploidização avançada e da evidência de explosões recentes de mobilidade do pseudovírus Copia (Copia) não observadas em outros genomas de Nicotiana, os dois subgenomas de N. benthamiana mostram grandes regiões de sintenia em Solanaceae. LAB e QLD têm muitas diferenças genéticas, metabólicas e fenotípicas, incluindo respostas de interferência de RNA díspares, mas são altamente interférteis e receptivas à edição do genoma e à transformação transitória e estável. A combinação LAB/QLD tem potencial para ser tão útil quanto a parceria Columbia-0/Landsberg errecta, utilizada desde os primeiros dias pioneiros da genômica de Arabidopsis até hoje.

O gênero Nicotiana, composto por aproximadamente 75 espécies, é predominantemente endêmico das Américas e da Austrália1. Como a maioria das Solanaceae, possui um número cromossômico básico de 12, com conteúdo de DNA haplóide variando de 1,37 a 6,27 Gb (ref. 2). A seção Suaveolentes (cheiro agradável) inclui N. benthamiana e é o maior grupo alotetraplóide do gênero (~35 espécies) com números de cromossomos variando de 15 a 24, diagnóstico de um evento de alotetraplodização seguido de perda cromossômica 3,4,5 (Fig. 1a ). Quase todas as espécies nesta seção são indígenas da Australásia, que aparentemente colonizaram durante a transição do Plioceno, aproximadamente 5–6 milhões de anos atrás (Ma). Os ancestrais diplóides de N. benthamiana provavelmente pertenciam às seções Sylvestres e Noctiflorae, cujos parentes existentes sequenciados mais próximos são N. sylvestris (~2,6 Gb) e N. glauca (~3,2 Gb)6,7,8,9,10, 11, respectivamente.

a, Filogenia proposta e origem da seção Suaveolentes comparada com outras Nicotianas. Os números cromossômicos são indicados para cada espécie Suaveolentes. As espécies destacadas com um asterisco são parentes existentes dos supostos pais de N. benthamiana e N. tabacum. b, Distribuição de N. benthamiana na Austrália (regiões xadrez). As localizações físicas dos acessos isolados de N. benthamiana relatados neste estudo são mostradas por alfinetes, e as rotas comerciais indígenas tradicionais são mostradas por linhas vermelhas. c, Perfis de emissão média de compostos voláteis florais selecionados de LAB e QLD durante um período de 24 horas. Azul escuro, álcool benzílico. Para outros compostos, consulte Dados Estendidos Fig. 1. Os dados são apresentados como média ± sem (n = 4 por ponto de amostra). d, produção de antocianina 5 dias após expressão transitória de MYB semelhante a AN em LAB e QLD; os painéis da direita mostram protoplastos isolados de manchas infiltradas por LAB e QLD (n = 5). Barra de escala, 50 μm. e, Comparação do acúmulo de nicotina e nornicotina em flores e folhas de LAB e QLD. A conversão bioquímica de nicotina em nornicotina, mediada pela desmetilase CYP82E (Extended Data Fig. 9), é mostrada à direita. Os dados são apresentados como média ± sem (n = 4). f, Comparação do acúmulo de HGL-DTGs em flores e folhas de LAB e QLD. A via bioquímica esquemática é mostrada à direita. Os dados são apresentados como média ± dp (n = 4).

N. benthamiana é uma plataforma vegetal muito importante para a produção de proteínas biofarmacêuticas e vacinas7,12 e tem sido fundamental para descobertas fundamentais em interferência de RNA (RNAi), interações planta-patógeno, engenharia de vias metabólicas, genômica funcional, biologia sintética e edição genética13. Todo este trabalho baseou-se em plantas derivadas de um acesso que denominamos LAB, que parece ter se originado de uma única coleção perto da mina de ouro Granites, na Austrália central (Fig. 1b). Vários acessos adicionais foram descritos recentemente7,14,15,16.

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>