Un equipo de investigación ha completado un ensamblaje a escala cromosómica de alta calidad del genoma del cártamo Chuanhonghua 1. Este trabajo arroja luz sobre los fundamentos genéticos de rasgos cruciales como la producción de ácido linoleico (LA) y amarillo de hidroxiazaflor A (HSYA). Establece un nuevo precedente para la mejora de cultivos y los estudios de genómica funcional.
El cártamo (Carthamus tinctorius L.), una planta conocida por sus flores vibrantes y sus semillas ricas en nutrientes, se ha cultivado durante miles de años en la fértil región del creciente. Es muy apreciada por su petróleo, rico en Los Ángeles; y sus flores, que contienen HSYA, sustancias con amplias aplicaciones industriales y medicinales. A pesar de su valor, la investigación genética sobre el cártamo se ha visto limitada por la comprensión limitada de su genoma.
Un estudio que aparece en Horticulture Research aclara los fundamentos genéticos del cártamo, allanando así el camino para estrategias de mejoramiento específicas.
El equipo de investigación empleó una estrategia de secuenciación integrada que combina las tecnologías Illumina, Oxford Nanopore y Hi-C para lograr un ensamblaje genómico de alta calidad de 1,17 Gb con cóntigos asignados a 12 cromosomas, lo que refleja una cobertura de aproximadamente 100 veces en relación con el tamaño estimado del genoma. Este ensamblaje facilitó la identificación de un evento reciente de duplicación de todo el genoma, lo que respalda los extensos reordenamientos genómicos y la historia evolutiva del cártamo, corroborado por un análisis filogenético que utiliza 274 genes de copia única en 12 especies y un examen detallado de la expansión y contracción de la familia de genes.
Los perfiles metabolómicos y transcriptómicos en diferentes etapas de desarrollo de semillas y flores revelaron un lipidoma completo con una presencia predominante de triacilgliceroles (TAG) y un espectro diverso de metabolitos de flavonoides, respectivamente, destacando las vías biosintéticas de compuestos clave como LA y HSYA. Mediante análisis genómico, los investigadores predijeron 39.809 genes codificadores de proteínas, con anotaciones sustanciales en bases de datos públicas, e identificaron familias de genes específicos:diacilglicerol aciltransferasa (DGAT) y desaturasas de ácidos grasos (FAD) para la biosíntesis de LA, y CYP y CGT para la biosíntesis de HSYA. indicando sus funciones fundamentales en estas vías metabólicas.
En particular, la resecuenciación de 220 líneas de cártamo arrojó 7.402.693 SNP de alta calidad, lo que facilitó un estudio de asociación de todo el genoma (GWAS) que identificó SNP importantes asociados con rasgos agronómicos, en particular el contenido de aceite y el color de las flores. Este análisis GWAS, junto con la verificación funcional del gen candidato HH_034464 (CtCGT1), implicado en la biosíntesis de HSYA, subrayó el potencial de los marcadores moleculares para mejorar los programas de mejoramiento de los rasgos deseados. Los ensayos funcionales confirmaron el papel de CtCGT1 en la glicosilación de flavonoides, crucial para la producción de HSYA, arrojando así luz sobre los fundamentos genéticos de los rasgos metabólicos clave del cártamo.
El Dr. John Smith, experto en genómica vegetal, elogió el logro y afirmó:"Este conjunto completo del genoma es un hito en la investigación del cártamo. No sólo mejora nuestra comprensión de la evolución de las plantas, sino que también proporciona un rico recurso para identificar genes responsables de factores clave". rasgos agrícolas y medicinales."
Al proporcionar una base para el mejoramiento molecular del cártamo, esta investigación ofrece el potencial de mejorar la resiliencia de los cultivos, el contenido nutricional y la eficacia terapéutica. De cara al futuro, el desafío radica en aprovechar este vasto recurso genómico para desarrollar variedades superiores de cártamo que satisfagan las demandas de un clima global cambiante y una población en crecimiento.
El ensamblaje del genoma a escala cromosómica del cártamo Chuanhonghua 1 representa un paso crítico hacia la exploración genética de este valioso cultivo. Esta investigación no solo abre nuevas vías para la extracción y el mejoramiento de genes funcionales del cártamo, sino que también tiene implicaciones más amplias para las industrias agrícola y farmacéutica.
Más información: Jiang Chen et al, Los estudios de asociación del genoma completo y de todo el genoma mejoran las características agrícolas clave del cártamo para uso industrial y medicinal, Investigación en horticultura (2023). DOI:10.1093/hora/uhad197
Información de la revista: Investigación en horticultura
Proporcionado por la Universidad Agrícola de NanJing
