Génome de Solanum americanus | Shanghai GAPear Co., Ltd

Nature Genetics (2023)Citer cet article

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Les cultures de pommes de terre (Solanum tuberosum) et de tomates (Solanum lycopersicon) subissent de graves pertes à cause du mildiou causé par l'oomycète pathogène Phytophthora infestans. Solanum americanum, un parent de la pomme de terre et de la tomate, est réparti dans le monde entier et la plupart des accessions sont très résistantes à la brûlure. Nous avons généré des génomes de référence de haute qualité de quatre accessions de S. americanum, reséquencé 52 accessions et défini un pan-NLRome de gènes de récepteurs immunitaires de S. americanum. Nous avons en outre examiné les variations de reconnaissance de 315P. infestans effecteurs RXLR dans 52 accessions de S. americanum. À l'aide de ces données génomiques et phénotypiques, nous avons cloné trois gènes codant pour NLR, Rpi-amr4, R02860 et R04373, qui reconnaissent les effecteurs RXLR apparentés de P. infestans PITG_22825 (AVRamr4), PITG_02860 et PITG_04373. Ces ressources et méthodologies génomiques soutiendront les efforts visant à créer des pommes de terre résistantes au mildiou et pourront être appliquées aux maladies d’autres cultures.

La pomme de terre est l’une des cultures non céréalières les plus consommées au monde. Cependant, les ravageurs et les maladies réduisent les rendements mondiaux d'environ 17 % (réf. 1). Le mildiou de la pomme de terre, causé par le pathogène oomycète Phytophthora infestans2, a déclenché la famine irlandaise dans les années 1840 et reste la maladie la plus dommageable pour la production mondiale de pommes de terre1.

L’immunité des plantes dépend de la reconnaissance des pathogènes par les récepteurs de reconnaissance de formes de surface cellulaire (PRR) et les récepteurs immunitaires intracellulaires. De nombreux gènes R contre P. infestans (gènes Rpi) ont été clonés à partir de parents sauvages d'espèces de pomme de terre, tels que R2, R3a, R8, Rpi-blb1, Rpi-blb2 et Rpi-vnt1 de Solanum demissum, Solanum bulbocastanum et Solanum venturii3,4. ,5,6,7,8,9,10. Cependant, la plupart des gènes Rpi clonés ont été vaincus par l’agent pathogène à évolution rapide.

Les effecteurs de P. infestans portent un peptide signal et un motif RXLR-EER (où X représente n'importe quel acide aminé). Dans le génome de référence de P. infestans (souche T30-4), 563 effecteurs RXLR ont été prédits, permettant ainsi de cribler la reconnaissance de ces effecteurs (« effectoromiques ») dans diverses plantes11,12.

Des séquences génomiques de référence de la pomme de terre, de la tomate, de l'aubergine et du poivron ont été déterminées13,14,15,16. Des assemblages génomiques par étapes, au niveau des chromosomes, de pommes de terre hétérozygotes diploïdes et tétraploïdes sont également disponibles17,18,19. Des études pangénomiques de plantes cultivées, dont la pomme de terre, ont également vu le jour, mettant en lumière la vaste variation génétique de ces espèces20,21,22,23. Des méthodes de capture de séquence ont été développées pour séquencer les répertoires de gènes végétaux NLR (RenSeq) et PRR (RLP/KSeq) qui réduisent la complexité génomique et les coûts de séquençage24,25,26. Ces méthodes ont conduit à de nombreuses applications importantes, telles qu'AgRenSeq, et à la définition du pan-NLRome d'Arabidopsis27,28.

Diploïde Solanum americanum est très résistant au mildiou. Auparavant, notre groupe avait cloné Rpi-amr1 et Rpi-amr3 à partir de plusieurs accessions résistantes de S. americanum ainsi que leurs effecteurs apparentés AVRamr1 et AVRamr3 (réf. 25, 29, 30, 31).

Ici, nous avons séquencé et assemblé quatre génomes de haute qualité de S. americanum, reséquencé 52 accessions et défini le pan-NLRome de S. americanum. Nous avons également examiné 315 effecteurs RXLR de P. infestans dans 52 accessions de S. americanum. Ces ressources génomiques et données fonctionnelles ont conduit à l'identification rapide de trois nouveaux gènes codant pour NLR, Rpi-amr4, R02860 et R04373, responsables de la reconnaissance de PITG_22825 (AVRamr4), PITG_02860 et PITG_04373, respectivement. Cette étude dévoile un paysage d'interactions d'immunité déclenchée par des effecteurs (ETI) entre S. americanum et P. infestans qui nous permettra de cloner davantage de gènes Rpi à partir du pool génétique des espèces sauvages de Solanum et d'approfondir nos connaissances sur la résistance au mildiou chez les parents sauvages de pomme de terre. La conception du génome de la pomme de terre, basée sur la génomique de la pomme de terre et tirant parti des nouvelles technologies de sélection végétale32, contribuera à développer de meilleures variétés de pomme de terre présentant une résistance durable au mildiou.

1 Mb in size) are marked in orange./p>1 Mb in size), comprising 26 inversion and 19 inter-chromosome translocation events, between the S. americanum and potato genomes (Fig. 1b and Supplementary Fig. 5). In contrast, 67 large CRs (30 inversions and 37 inter-chromosome translocations) were found between S. americanum and eggplant (Fig. 1b). Notably, CRs were not evenly distributed across the genome. No CR was identified on chromosome 2 between S. americanum and potato, while 11 CRs occurred on chromosome 11./p>1 Mb in size). Using SP1102 as the reference, we identified 56 large SVs in SP2271 (Supplementary Fig. 6a), impacting ~256 Mb of the reference genome. However, only 14 large SVs were identified in SP2273, covering ~54 Mb of the reference genome (Supplementary Fig. 6b). Most of the SVs reside in single contigs and are supported by the Hi-C interaction map, suggesting the high reliability of SV identification (Supplementary Fig. 6c and Supplementary Table 1). The large differences in SV numbers among S. americanum genomes shed light on their complex evolutionary history. We further characterized the small SVs (40 bp–1 Mb in size) among S. americanum genomes and found that SVs might contribute to the differential expression of 1,084 genes between SP1102 and SP2271 leaves (Supplementary Note 2 and Supplementary Figs. 7 and 8)./p>1 Mb in length), we aligned the chromosome-grade assembly (SP2271 and SP2273) to the SP1102 reference genome by using MUMMER with parameters: ‘--batch 1 -t 20 -l 100 -c 500’ and further filtered the alignment with parameters: ‘-i 90 -l 100’. SyRI v1.4 was adopted to identify SVs based on the alignment delta files; only large SVs were kept for further analysis. We adopted the Hi-C interaction map and SV location to validate the large SVs. Of the 70 SVs identified in SP2271 and SP2273, 68 SVs reside in single contig, suggesting high reliability. Of these, 40 SVs could be verified by a Hi-C interaction map./p> 40 bp in length) among S. americanum genomes following the pipeline of SVIM-asm78. The contig assemblies of SP2271, SP2273 and SP2275 were aligned to the SP1102 reference using minimap2 (ref.76) with the following parameters ‘--paf-no-hit -a -x asm5 --cs -r2k’. SVs, which consist of insertions, deletions, duplications and inversions were identified using SVIM-asm with ‘haploid’ mode. The SVs were further annotated by SnpEff79./p>