Идентификация геномных участков и генов-кандидатов, отвечающих за накопление каротиноидов в сое,

Каротиноиды — это важные пигменты, которые играют ключевую роль в здоровье и питании человека. Они обладают антиоксидантными свойствами и способствуют улучшению зрения, поддержанию иммунной системы и снижению риска различных заболеваний. Повышение содержания каротиноидов в семенах сои имеет большое значение для улучшения пищевой ценности соевых продуктов. Однако генетические механизмы, ответственные за биосинтез каротиноидов в сое, до сих пор остаются недостаточно изученными.

Цели исследования

Цель данного исследования заключалась в выявлении геномных участков, связанных с содержанием каротиноидов в семенах 1551 сорта сои, с использованием технологий секвенирования нового поколения (NGS).

Методология

1. Отбор образцов: Для анализа были выбраны образцы геномной ДНК отдельных растений сои с экстремальными фенотипами, разделенные на две группы: с высоким (50 образцов) и низким (50 образцов) содержанием каротиноидов.

2. Секвенирование: Образцы были секвенированы на платформе Illumina, в результате чего было получено 125,09 Гб чистых оснований с качеством Q30 на уровне 89,82%. Средняя эффективность выравнивания составила 99,45%, а средняя глубина покрытия — 62,20, с 99,75% покрытия генома.

3. Анализ данных: С использованием G-статистического алгоритма (G) были выявлены 16 геномных локусов-кандидатов общей длиной 20,41 Мб, связанных с содержанием каротиноидов. Наиболее значимые области были обнаружены на 6-й хромосоме (позиция 18,53–22,67 Мб) и на 19-й хромосоме в интервалах 8,36–10,94 Мб, 12,06–13,79 Мб и 18,45–20,26 Мб.

Выявление ключевых генов-кандидатов

На основе анализа геномных локусов было обнаружено и проанализировано 250 предсказанных генов. Это позволило выявить 90 значительно обогащенных (P<0,05) терминов Gene Ontology (GO), что указывает на функции этих генов в биосинтезе каротиноидов.

1. ANNOVAR-анализ: С помощью анализа ANNOVAR были выбраны 50 генов-кандидатов, содержащих несинонимичные и стоп-кодонные мутации. Эти мутации могут влиять на функцию генов и, следовательно, на биосинтез каротиноидов.

2. Перспективные гены: Из этих 50 генов, с учетом их функций и значительных вариаций гаплотипов в различных средах, было выделено пять наиболее перспективных генов-кандидатов, которые, вероятно, регулируют накопление каротиноидов в семенах сои.

Понимание генетической основы каротиноидных пигментов и идентификация генов, отвечающих за накопление каротиноидов, с помощью подхода, основанного на секвенировании с использованием массового анализа сегрегации (BSA-seq), открывает новые горизонты для молекулярной селекции. Это позволит создать сорта сои с высоким содержанием каротиноидов, что в свою очередь повысит питательную ценность соевых продуктов и улучшит здоровье потребителей.

Перспективы дальнейших исследований

Дальнейшие функциональные исследования должны быть направлены на детальное изучение выделенных генов-кандидатов, чтобы подтвердить их роль в биосинтезе каротиноидов и потенциально использовать их для создания новых сортов сои с улучшенными питательными свойствами. Это может включать в себя как молекулярно-генетические методы, так и селекцию на основе фенотипических характеристик.


Исследование: Journal of Integrative Agriculture