Nature Plants | 本氏烟草多组学数据库公布: 包括全基因组、表观基因组、代谢组，以及SNP图谱

2023年8月10日，Nature Plants在线发表了澳大利亚昆士兰科技大学（QUT）Peter M. Waterhouse、新西兰林肯大学Christopher Winefield和昆士兰科技大学Jiyuan An联合团队及其合作者题为“A multi-omic Nicotiana benthamiana resource for fundamental research and biotechnology”的研究论文。该研究组建并分析了本氏烟草LAB株和野生株QLD的全基因组、表观基因组、代谢组，以及SNP图谱；进一步发挥本氏烟草在科学研究和植物工厂中的应用提供了重要的基础。

https://doi.org/10.1038/s41477-023-01489-8

本氏烟草（Nicotiana benthamiana）是一种重要的模型植物，具有约3 Gb的异源四倍体基因组。同时，本氏烟草是用于生物制药蛋白质和疫苗生产的非常重要的植物平台，并且对RNA干扰（RNAi）、植物与病原体相互作用、代谢途径工程、功能基因组学、合成生物学和基因编辑等方面的研究发现发挥了重要作用。因此，本氏烟草是一种重要的LAB 植物。然而和拟南芥相比，其各种组学数据仍很缺乏，严重限制了它的实际应用。

为了进一步提高本氏烟草的实用性和多功能性，该研究对普遍使用的LAB株和野生株 QLD进行了高质量的、染色体水平上的基因组组装，以及转录组、表观基因组、microRNA和转座元件数据库的组建。此外，该研究进一步为两个实验室株和四个野生株组建了单核苷酸多态性（SNP）图谱（Figure 1）。相关信息可在交互式WebApollo浏览器上获取（https://www.nbenth.com）。

Figure 1．本氏烟草的表型和生化多样性

利用烟草组对应基因序列相似度矩阵的树状图分析，研究人员清楚地识别了八个同源染色体对和三个孤儿染色体。尽管祖先四倍体丢失了5条染色体、基因间区扩大、广泛的片段异源多倍体等特征在其他烟草基因组中未被发现，但本氏烟草中的两个亚基因组在整个茄科植物中显示出大范围的同线性；亚基因组 A 和 B 分别编码 23,408 和 22,388 个基因，同源基因的总体转录本丰度仅相差 1%（Figure 2）。

Figure 2．本氏烟草的亚基因组和同源组织

LAB株中RNAi响应机制的受损可能是其作为植物工厂和研究工具的基础。该研究发现，LAB和QLD株存在许多遗传、代谢和表型差异，包括不同的 RNAi响应；但同时，它们具有高度的互育性，并且都适合进行基因组编辑，以及瞬时或稳定转化（Figure 3）。

Figure 3．LAB和QLD株瞬时表达的比较

最后，该研究分析了本氏烟草的转座子、表观遗传图谱和基因密度。由于祖先异源四倍体丢失了 5 条染色体，本氏烟草基因组中约 50% 的保留基因为单基因。有趣的是，本氏烟草染色体，尤其是 5-10和15-19号染色体，具有更均匀的基因密度。这种不寻常的排列可能是由于它们通过丰富的染色体间重组而形成的（Figure 4）。

Figure 4．本氏烟草的转座子、表观遗传图谱和基因密度

总而言之，该研究发布了本氏烟草LAB株和野生株QLD的全基因组、表观基因组和代谢组信息，以及它们的SNP图谱。这些大数据资源的建立，有望使本氏烟草LAB/QLD组合像拟南芥的Col-0/Ler一样实用；进一步发挥本氏烟草在科学研究和植物工厂中的应用。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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