Le séquençage du génome du chia révèle de possibles bienfaits pour la santé

Dans une étude récente publiée dans Frontières de la science végétaleLes chercheurs ont présenté la structure du génome de référence de Chia.

arrière-plan

Le chia, une culture vivrière riche en nutriments cultivée principalement dans le sud du Mexique et en Amérique centrale, est essentielle à la sécurité alimentaire et nutritionnelle à long terme. Les programmes mondiaux d’amélioration des récoltes ont augmenté la production céréalière et sauvé plusieurs vies, mais la faim cachée reste un problème majeur. Pour garantir la sécurité alimentaire et nutritionnelle à long terme, il est important de diversifier l’alimentation humaine en y ajoutant des produits issus de cultures orphelines et à petite échelle riches en nutriments cultivées dans des zones marginalisées.

Se concentrer sur ces cultures a accru la demande mondiale, augmenté le nombre de consommateurs et en a fait une contribution précieuse à l’atténuation des menaces du changement climatique. La constitution de ressources génétiques pour ces cultures sous-utilisées pourrait améliorer leur production et leur durabilité.

À propos de l’étude

Dans la présente étude, les chercheurs ont examiné le transcriptome du chia.

La recherche comprenait le séquençage du génome, l’analyse transcriptomique des gènes métaboliques (production d’acide rosmarinique, synthèse du mucus des graines et métabolisme des acides gras) et la découverte d’indicateurs génétiques utiles pour l’amélioration des cultures. Les graines de chia consanguines de deuxième génération ont été cultivées dans des récipients de 20 cm de large avec un sol autoclavé et soigneusement arrosées dans un environnement de serre contrôlé.

Les jeunes feuilles ont été collectées sur des plants âgés de 14 jours qui ont été prétraités dans des conditions sombres pendant 2,0 jours, congelés dans une solution d’azote et transportés pour la collecte, le séquençage et l’assemblage du génome de l’acide désoxyribonucléique (ADN). Ils ont créé deux bibliothèques de gènes Dovetail HiC et une bibliothèque de séquençage d’acide désoxyribonucléique Chicago HighRise pour la construction d’un échafaudage génomique. Pour l’assemblage de novo, ils ont utilisé un ensemble de lectures de gènes à extrémités appariées de 2 x 150 pb obtenues par séquençage de type fusil de chasse. L’ensemble de données original comprenait 956 millions de paires de lectures de gènes provenant de bibliothèques de gènes appariées.

L’équipe a prédit les répétitions de novo en combinant six bibliothèques de plantes avec les répétitions de gènes de novo identifiées. Ils ont effectué une estimation de modèles génétiques à l’aide d’ensembles de données biopeptides provenant de cinq espèces et de quatre plantes Lamiacées. Pour l’estimation du modèle génétique, les chercheurs ont utilisé un ensemble de données entraînées avec des indices externes générés à partir d’analyses de séquençage de l’acide ribonucléique (ARN-seq) précédemment publiées de 13 tissus.

L’équipe a analysé in silico la présence de signatures biopeptidiques dans le protéome de chia qui pourraient avoir des effets positifs sur la santé humaine. Ils ont utilisé une bibliothèque de biopeptides sélectionnés comme sonde pour identifier des signatures de séquence similaires dans les protéines de Chia. Le pipeline HiRise a été utilisé pour améliorer l’assemblage et l’échafaudage du génome, prédire les emplacements subcellulaires des protéines codées par le génome de Chia et comparer les rapports récemment publiés. S. hispanique séquences génomiques à leur arrangement génomique de chia et à leur cartographie génétique. Les chercheurs ont créé des classificateurs de sites d’épissage très précis pour filtrer les jonctions d’épissage dans les alignements de lecture RNA-Seq.

Résultats

Le génome de Chia mesurait 304 Mo et codait pour 48 090 gènes codant pour des protéines. L’analyse a montré que 42,0 % du génome contenait des informations répétitives et a identifié trois millions de polymorphismes mononucléotidiques (SNP) avec 15 380 régions de répétition de séquence simple (SSR). Les chercheurs ont construit le génome haploïde de Chid avec une taille de génome de 356 Mo. L’échafaudage HiRise a produit 304 Mo (85 %) de la taille attendue du génome de Chia avec 2 185 échafaudages et une couverture physique projetée de 2 692x.

Le génome séquencé était constitué de 299 Mo d’échafaudages codant pour des chromosomes haploïdes ou des pseudomolécules. Les données de l’atlas transcriptomique récemment publiées à partir de 13 échantillons de tissus cartographiés sur les six plus grands échafaudages ont donné 99,0 % des transcriptions générées de novo. Les résultats ont montré que les six échafaudages englobent presque toutes les régions transcrites et correspondent aux chromosomes haploïdes. En détectant son contenu répétitif, l’assemblage du génome a été masqué à plusieurs reprises et représentait 42 % du génome de Chia. Les séquences répétées les plus abondantes (99,6 Mo) n’ont pas été classées, ce qui indique qu’elles n’ont pas été trouvées dans les bases de données publiques.

Pour l’estimation du modèle génétique et l’évaluation en aval, les chercheurs ont utilisé seulement six pseudomolécules (Sh1-6). Pour créer des modèles génétiques non redondants et complets, 48 743 gènes codant pour des protéines ont été filtrés par filtrage, analyse et conversion génétiques (gFAC). Le génome de Chia contenait 799 gènes d’acide ribonucléique de transfert (ARNt), soit 30 et 70 % de gènes de plus que ceux de la tomate et d’Arabidopsis, respectivement. L’annotation de l’ARN ribosomal (ARNr) a identifié 37 gènes d’ARNr dans le génome, dont seulement dix étaient présents dans les pseudochromosomes. L’équipe a identifié 98 membres de la famille des lectines homologues chez Chia sur la base de la similarité des séquences avec les membres de la famille des lectines d’Arabidopsis.

Sur la base des résultats de l’étude, le génome de référence de la plante orpheline riche en nutriments chia (Salvia hispanica) couvre presque entièrement l’espace génétique et contribue aux ressources de données génomiques. L’assemblage du génome de 304 Mo comprend 2 185 échafaudages couvrant 94 % de l’espace génétique et 48 090 gènes codant pour des protéines. L’équipe propose une dénomination uniforme des chromosomes de Chia et une nomenclature génomique de référence basée sur le nombre de chromosomes et la position des gènes dans les pseudochromosomes. L’harmonisation du génome et de la nomenclature des gènes constitue une priorité majeure.