Untersuchung der Strukturvariantenlandschaft im dynamischen Genom einer jungen allopolyploiden Kulturpflanze
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Long-Read-Sequenzierung bietet einzigartige Einblicke in die Auswirkungen genomweiter Strukturvarianten (SV) auf die Evolution von Nutzpflanzen. Durch die Sequenzierung einer Auswahl ökogeographisch unterschiedlicher Akzessionen der rezenten allopolyploiden Nutzpflanze Brassica napus (Raps/Rutagaba) haben wir bestätigt, dass umfangreiche Interaktionen und Austausche zwischen homöologen Chromosomen zur Entstehung und ökogeographischen Anpassung unterschiedlicher Nutzpflanzenformen während der Evolution von B. napus beigetragen haben. Es wurde ein umfassender Pangenom-SV-Atlas für B. napus erstellt, der die Verteilung und Häufigkeit von Geninsertionen, Deletionen, Präsenz-Absenz-Varianaten (PAV) sowie Inversionen beschreibt. Wir konnten bestätigen, dass viele SV-Ereignisse, die zur Diversifizierung von B. napus-Morphotypen beitragen, nicht im Kopplungsungleichgewicht (LD) mit SNP-Varianten stehen, was eher eine Rolle bei der späten Diversifizierung nach der Entstehung von B. napus durch Allopolyploidisierung unterstützt. Gen-PAV aufgrund homöologer Austausche trug insbesondere zur Differenzierung zwischen Rutabaga- und Ölsaatenformen sowie zwischen Winter- und Sommer-Ölrapsformen bei. Analysen der betroffenen Gene ergaben Änderungen der Kopienzahl in Genen, die für die Zellwandentwicklung, die Ligninbiosynthese und die Blütenregulierung verantwortlich sind. Insgesamt wurden 94 hochwertige, referenzbasierte Genomassemblierungen für repräsentative Akzessionen aus dem öffentlich verfügbaren BnASSYST B. napus Diversitätsset erstellt, den wir in einem früheren, von der DFG geförderten Projekt als globale Ressource für die B. napus-Züchtung und -Genetik erstellt haben. Schließlich untersuchten wir mithilfe der generierten Datensätze die Nützlichkeit von Pangenom-Graphen für die Expressions-QTL-Analyse und erläuterten, inwieweit eQTL durch SV in genregulatorischen Regionen beeinflusst werden. In Kombination mit der graphenbasierten Genotypisierung von SVs haben wir eine große Anzahl gennaher Strukturvarianten identifiziert, die mit der Regulierung der Genexpression in Zusammenhang stehen. Insgesamt stellen die generierten Genomdaten eine umfassende Ressource für die zukünftige Genomforschung und molekulare Züchtung von B. napus dar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Structural Variants Atlas: Exploring the deletion landscape in the highly dynamic genome of a recent allopolyploid crop species. German Plant Breeding Conference GPZ 2022, Düsseldorf, Germany
Afsharyan N.P., Golicz A.A. & Snowdon R.J.
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Benchmarking Oxford Nanopore read alignment‐based insertion and deletion detection in crop plant genomes. The Plant Genome, 16(2).
Yildiz, Gözde; Zanini, Silvia F.; Afsharyan, Nazanin P.; Obermeier, Christian; Snowdon, Rod J. & Golicz, Agnieszka A.
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Constructing a Brassica napus Structural Variation Pangenome Atlas. 16th International Rapeseed Congress, Sydney, Australia
Afsharyan N.P., Golicz A.A. & Snowdon R.J.
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Pangenomic structural variant patterns reflect evolutionary diversification in Brassica napus. openRxiv.
Afsharyan, Nazanin P.; Golicz, Agnieszka A. & Snowdon, Rod J.
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Species-wide genome structural variation in Brassica napus. Plant and Animal Genome XXXI Conference, San Diego, USA
Afsharyan N.P., Golicz A.A. & Snowdon R.J.
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Graphical pangenomics-enabled characterization of structural variant impact on gene expression in Brassica napus. Theoretical and Applied Genetics, 138(4).
Yildiz, Gözde; Zanini, Silvia F.; Weber, Sven; Kopalli, Venkataramana; Kox, Tobias; Abbadi, Amine; Snowdon, Rod J. & Golicz, Agnieszka A.
