Улучшенная сборка генома хмеля Cascade раскрывает эволюционные особенности и уточняет время дивергенции в семействе Коноплёвых

Хмель (Humulus lupulus L. var. Lupulus) — диплоидное, ветроопыляемое, многолетнее растение. Его женские соцветия содержат лупулиновые железы, синтезирующие смолы, горькие кислоты, эфирные масла и флавоноиды. Сорт Cascade широко производится в Америке и известен цветочным и цитрусовым ароматом.

В журнале Horticulture Research опубликована работа, посвящённая улучшенной сборке генома женского растения хмеля Cascade и анализу его содержания, организации и эволюции.

Улучшенная сборка генома

  • Первичная сборка на данных PacBio имела размер ~3.71 Гб и фрагментированность (N50 ~ 673 кб).
  • Использование технологии Dovetail Hi-C значительно повысило контигуозность: N50 вырос до 345.208 Мб.
  • 93.6% сборки содержится в 10 крупнейших скаффолдах, что, вероятно, соответствует 10 хромосомам хмеля.
  • GC-состав итоговой сборки — 39.13%.
  • Размер генома оценён в 3.058 Гб, с гетерозиготностью **4.59%–5.47%** и долей повторов 64.25%.

Аннотация генов и сравнительный анализ

  • С помощью Transdecoder и MAKER созданы модели генов. 94.9% моделей от Transdecoder расположены на 10 крупнейших скаффолдах.
  • После фильтрации для дальнейшего анализа оставлено 30 404 модели генов.
  • Сравнение с семью другими видами растений выявило 22 739 ортологичных групп генов (OGGs).
  • Визуализация показала, что плотность генов выше на концах скаффолдов. Третий по размеру скаффолд содержит большинство маркеров, сцепленных с полом, что указывает на его роль как потенциальной X-хромосомы.

Синтения и эволюция

  • Сравнение геномов хмеля и конопли (Cannabis) выявило обширные участки сходства последовательностей, а также крупные уникальные для хмеля регионы.
  • Анализ синтенических блоков показал, что хромосома 8 может быть перспективной мишенью для изучения генов защиты.
  • Молекулярно-эволюционный анализ на основе распределений Ks показал, что дивергенция хмеля и конопли произошла ~16.013 млн лет назад.
  • Калиброванное по ископаемым данным филогенетическое дерево указывает на время дивергенции Humulus и Cannabis примерно 22.6438 млн лет назад.

Заключение

Исследование обеспечивает хромосомно-уровневую сборку генома хмеля Cascade, которая закладывает основу для углублённого изучения эволюции хмеля, его защитных реакций и метаболизма. Эта работа будет направлять будущие исследования организации генов, структурных вариаций среди сортов хмеля и геномики семейства Cannabaceae в целом.