Metabólitos de lipídios e flavonóides e análise do perfil do transcriptoma. A composição lipídica e os parênteses referem-se ao número deste ingrediente. B Composição lipídica das sementes em quatro estádios de desenvolvimento. Conteúdo de C LA em cada tipo de lipídio. Composição de flavonóides D e números relacionados. E Análise da rede de co-expressão em todos os dados do transcriptoma do cártamo usando WGCNA e 20 módulos, incluindo 15.769 genes. Crédito:Os autores Uma equipe de pesquisa concluiu uma montagem de alta qualidade em escala cromossômica do genoma do cártamo Chuanhonghua 1. Este trabalho lança luz sobre os fundamentos genéticos de características cruciais como a produção de ácido linoléico (LA) e hidroxisaffor amarelo A (HSYA). Ele estabelece um novo precedente para o melhoramento de culturas e estudos de genômica funcional.
O cártamo (Carthamus tinctorius L.), uma planta conhecida por suas flores vibrantes e sementes ricas em nutrientes, é cultivada há milhares de anos na região fértil do crescente. É altamente valorizado pelo seu petróleo, rico em LA; e suas flores, que contêm HSYA, substâncias com amplas aplicações industriais e medicinais. Apesar do seu valor, a investigação genética sobre o cártamo tem sido limitada pela compreensão limitada do seu genoma.
Um estudo publicado na Horticulture Research elucida as bases genéticas do cártamo, abrindo assim o caminho para estratégias de melhoramento direcionadas.
A equipe de pesquisa empregou uma estratégia de sequenciamento integrada combinando as tecnologias Illumina, Oxford Nanopore e Hi-C para obter uma montagem de genoma de alta qualidade de 1,17 Gb com contigs atribuídos a 12 cromossomos, refletindo uma cobertura de cerca de 100 vezes em relação ao tamanho estimado do genoma. Esta montagem facilitou a identificação de um evento recente de duplicação do genoma completo, sustentando os extensos rearranjos genômicos e a história evolutiva do cártamo, corroborados pela análise filogenética usando 274 genes de cópia única em 12 espécies, e um exame detalhado da expansão e contração da família genética.
O perfil metabolômico e transcriptômico em diferentes estágios de desenvolvimento de sementes e flores revelou um lipídio abrangente com presença predominante de triacilgliceróis (TAGs) e um espectro diversificado de metabólitos de flavonóides, respectivamente, destacando as vias biossintéticas de compostos-chave como LA e HSYA. Através da análise genômica, os pesquisadores previram 39.809 genes codificadores de proteínas, com anotações substanciais em bancos de dados públicos, e identificaram famílias de genes específicos - diacilglicerol aciltransferase (DGAT) e dessaturases de ácidos graxos (FADs) para a biossíntese de LA, e CYP e CGT para a biossíntese de HSYA - indicando seus papéis essenciais nessas vias metabólicas.
Notavelmente, o re-sequenciamento de 220 linhas de cártamo rendeu 7.402.693 SNPs de alta qualidade, facilitando um estudo de associação genômica ampla (GWAS) que identificou SNPs significativos associados a características agronômicas, particularmente conteúdo de óleo e cor das flores. Esta análise GWAS, juntamente com a verificação funcional do gene candidato HH_034464 (CtCGT1), implicado na biossíntese de HSYA, ressaltou o potencial dos marcadores moleculares na melhoria dos programas de melhoramento para as características desejadas. Os ensaios funcionais confirmaram o papel do CtCGT1 na glicosilação de flavonóides, cruciais para a produção de HSYA, lançando assim luz sobre os fundamentos genéticos das principais características metabólicas do cártamo.
Análise genética e de expressão dos genes para biossíntese de LA e HSYA. Uma análise filogenética de DGATs. I representa subfamílias de DGAT2. II representa subfamílias de DGAT1. A cor verde indica DAGTs de Z. maio . Azul indica DGATs da soja. Roxo indica DGATs de H. ano . Vermelho indica DGATs de cártamo. B Análise filogenética de FAD2. As cores têm os mesmos significados dos DGATs. C Distribuição cromossômica de genes candidatos. Verde indica genes para CGTs, vermelho para CYPs, azul para DAGTs e preto para FAD2. D Expressão gênica para DGATs. E Expressão genética para FAD2. F Expressão gênica para CYPs. G Expressão gênica para CGTs. Crédito:Os autores
John Smith, especialista em genômica vegetal, elogiou a conquista, afirmando:"Esta montagem abrangente do genoma é um marco na pesquisa do cártamo. Ela não apenas melhora nossa compreensão da evolução das plantas, mas também fornece um rico recurso para identificar genes responsáveis por importantes características agrícolas e medicinais."
Ao fornecer uma base para o melhoramento molecular do cártamo, esta pesquisa oferece o potencial para aumentar a resiliência das culturas, o conteúdo nutricional e a eficácia terapêutica. Olhando para o futuro, o desafio reside em aproveitar este vasto recurso genómico para desenvolver variedades de cártamo de qualidade superior que satisfaçam as exigências de um clima global em mudança e da população crescente.
A montagem do genoma em escala cromossômica do cártamo Chuanhonghua 1 representa um passo crítico na exploração genética desta valiosa cultura. Esta pesquisa não só abre novos caminhos para a mineração e melhoramento de genes funcionais de cártamo, mas também tem implicações mais amplas para as indústrias agrícola e farmacêutica.
