Площадь татарии: Географическое положение и климат

В 9-15 веках татарская экономика основывалась на смешанном земледелии и скотоводстве, которое продолжается до сих пор. У татар также сложились традиции изготовления изделий из дерева, керамики, кожи, ткани и металла, и они давно известны как торговцы. В течение 18 и 19 веков они заработали привилегированное положение в расширяющейся Российской империи в качестве торговых и политических агентов, учителей и администраторов недавно завоеванных территорий Центральной Азии.

Более 1,5 миллиона казанских татар по-прежнему проживают в Приволжском и Уральском регионах, и они составляют около половины населения Республики Татарстан. Теперь они известны как волжские татары и являются самой богатой и наиболее развитой в промышленном отношении группой татар. Еще почти миллион татар проживает в Казахстане и Средней Азии, в то время как сибирские татары, которых насчитывается всего около 100 000 человек, живут разбросанными по Западной Сибири.

Крымские татары в Новое время имели свою историю.Они легли в основу Крымской Автономной Советской Социалистической Республики, созданной Советским правительством в 1921 году. Эта республика была распущена в 1945 году, однако после того, как советский лидер Иосиф Сталин обвинил примерно 200000 крымских татар в сотрудничестве с немцами во время войны. Вторая Мировая Война. В результате крымские татары были массово депортированы в Узбекистан и Казахстан, где использование татарского языка было запрещено. Они восстановили свои гражданские права в 1956 году в рамках программы десталинизации Никиты Хрущева, но им не разрешили вернуться в Крым, который был включен в состав украинского С.S.R. в 1954 году. Лишь в начале 1990-х многие крымские татары, воспользовавшись распадом советской центральной власти, начали возвращаться в Крым после почти пяти десятилетий внутреннего изгнания. В начале 21 века их насчитывалось около 250 000 человек.

Тартария

Тартария или Великая Тартария (латинское: Tataria или Tataria Magna ) — название, которое европейцы использовали со времен средневековья до двадцатого века для обозначения Великой степи, то есть большого участка северной и центральной частей страны. Азия, простирающаяся от Каспийского моря и Уральских гор до Тихого океана, населенная в основном тюрками, монголами, а также некоторыми казаками русского происхождения, гражданами Монгольской империи, которых в целом называли «татарами», т. Е.е. Татары. В него вошли нынешние районы Сибири, Туркестана, Монголии и Маньчжурии.

География и история

Тартария часто делилась на части с приставками, обозначающими имя правящей державы или географическое положение. Таким образом, Западная Сибирь была Москвича или Русской Тартарии , Синьцзяна и Монголии были Китайской или Катайской Татарии , Западный Туркестан (позже Русский Туркестан) был известен как Независимая Тартария , а Маньчжурия была Восточная Тартария .

По мере того, как Российская империя расширялась на восток, и европейцы стали узнавать все больше о Татарии, термин вышел из употребления.

европейских областей к северу от Черного моря, населенных тюркскими народами, были известны как Малая Тартария.

«Комулская пустыня в Татарии» упоминается Иммануилом Кантом в его «Наблюдениях за чувством прекрасного и возвышенного», как «великое далеко идущее одиночество».

Восточная Тартария

Восточная Тартария и Приморская Тартария — старые названия населенных маньчжурцами территорий, простирающихся от места слияния реки Амур с рекой Уссури до острова Сахалин.Сейчас это Приморский край с Владивостоком в качестве регионального административного центра.

Эти земли когда-то были заняты племенами мохэ и чжурчжэнями; а также различными старыми королевствами, включая Годжосон, Балхэ, Ляо и (киданьские) королевства.

Согласно летописи династии Мин Шэн-Ву-Чи («Наша династия известна военными осознаниями»), на этой земле основались племена тунгус вэджи, варка и курка. Позже они были объединены в Маньчжурскую империю Цин с Нурхачи в качестве их лидера и основателя.Эти земли были потеряны для России по Пекинскому договору.

Ближайший к этой земле находится остров Ку-Е-Дао (китайский: 庫 頁 島; пиньинь: Kùyèdǎo ) или остров Фу-Санг (хангыль: 후상), более известный как Карафуто или Сахалин; Не так давно русские археологи нашли здесь остатки древних городов со стенами и замками. Они могут соответствовать древней маньчжурской нации, или, возможно, во времена монголов или тунгусов, или царству Балхае.

Эти земли посещали японские исследователи Мамия Ринзо и другие, которые рассказывали о различных важных городах и портах, таких как Хайшенвэй (современный Владивосток).С этих земель и близлежащего Хулуна (Амурская область) японцы заявили свои права на предков из Северной Азии, которые заселили Северную Японию.

Другими древними городами в регионе являются: Тетюхе (ныне Дальнегорск) и, вероятно, Деленг, важный торговый имперский пост, согласно некоторым источникам.

Татария в художественной литературе

В романе Владимира Набокова Ада , Тартария — название большой страны на вымышленной планете Антитерра. Россия является приблизительным географическим аналогом Татарии на Терре, двойном мире Антитерры, очевидно идентичном «нашей» Земле, но вдвойне вымышленном в контексте романа.

В последней опере Пуччини «Турандот» отец Калафа Тимур — свергнутый король татар.

В романах Филиппа Пуллмана «Темные материалы» главные герои Европы часто выражают страх перед татарами — термин, очевидно, относящийся ко многим азиатским расам, поскольку действие повествования происходит далеко от Монголии.

В «Макбете» Уильяма Шекспира ведьмы включают губы татар в свое зелье.

В фильме Мэри Шелли « Франкенштейн » доктор Франкенштейн преследует монстра «среди дебрей Татарии и России», хотя он все еще уклонялся от меня, я когда-либо следил за ним.«

В книге Чарльза Диккенса «Большие надежды» Герберт Покет описывает Эстеллу Хэвишем как татарину, потому что она была «жесткой, надменной и капризной до последней степени и была воспитана мисс Хэвишем, чтобы отомстить всему мужскому полу». ^[1]

В «Крысолове Гамлена» Роберта Браунинга Крысолов упоминает Тартарию как одно из своих свидетельств мэру Хамельна в борьбе с вредителями. «В Тартарии в июне прошлого года я освободил Чама от его огромных скоплений мошек»;

В своей небольшой работе с Э.Хоффманн Прайс, «Через врата Серебряного ключа», Г.П. Лавкрафт кратко упоминает Тартарию: «На их замаскированных головах теперь, казалось, покоились высокие митры неопределенного цвета, что странно напоминало те, что были на безымянных фигурах, вырезанных забытым скульптором вдоль холма живые скалы высокой запретной горы в Тартарии … »

«Рассказ сквайра» из сериала « Кентерберийские рассказы» Джеффри Чосера «» расположен в королевском дворе Тартарии.

В «Путешествиях Гулливера» Джонатана Свифта эпонимический герой дважды упоминает о своих путешествиях в Тартарию и предполагает, что тогдашние современные географы Европы «совершили большую ошибку, предполагая, что между Японией и Калифорнией не было ничего, кроме моря. мое мнение, что должен быть баланс земли, чтобы уравновесить большой континент Тартария… «

См. Также

Ссылки и дополнительная литература

Цитаты

Питер Флеминг: Компания одного (1936) и Новости из Тартарии (1936), позже опубликованные вместе как «Путешествие в Тартарию».

Внешние ссылки

Тартария: Империя, скрытая историей или открытая невежеством?

Во время недавних блужданий по Интернету я наткнулся на очень специфический сабреддит: «Тартария». Поначалу я думал, что этот субреддит посвящен какому-то фантастическому или вымышленному миру в стиле стимпанк, но после нескольких постов я понял, что на самом деле все дело в теории заговора относительно древнего королевства, игнорируемой или намеренно скрытой историками.Большинство постов там показывают здания в европейском стиле в Соединенных Штатах, построенные, предположительно, с использованием «татарских» технологий, или спекулируют на художественных репрезентациях «утраченных технологий».

Мне как историку эти теории казались бессмысленными и абсурдными. Однако я не мог перестать гадать, о чем все это и откуда могла взяться теория. После некоторого исследования я обнаружил, что это симптом серьезной проблемы: дезинформация, недоверие к науке и ее методам, а также вера в лженауку.Кое-где в теории в целом встречаются и другие проблемы, и я скоро расскажу о них, но обо всем по порядку.

Происхождение: мое невежество так же достойно, как и ваше знание

Я сделаю оговорку: когда я говорю «незнание», я просто имею в виду отсутствие знаний о предмете, а не ad-hominem по отношению к людям, верящим в эти теории заговора. Что ж: я проследил большую часть обсуждения Тартарии до блога под названием «Украденная история» (который с тех пор был удален).

Предпосылка блога неплохая, он утверждает, что историю пишут победители, поэтому он заставляет людей находить различные точки зрения и факты: то, что поощряют историки, ища как можно больше источников. Тем не менее, поскольку это открытый форум, почти все предположения обсуждаются серьезно, без особых доказательств. Вот когда дела идут плохо.

По сути, некоторые люди заметили, что до 18-19 веков карты включали регион под названием «Тартария» или «Великая Тартария» на востоке России, в Средней Азии и Сибири.Они объединяют это с цитатами из Британской энциклопедии (работа 18 века) в статьях вроде , эта , чтобы утверждать, что в истории существует скрытая Империя.

Это свидетельствует о полном отсутствии исторического контекста. Европейские географы не имели глубоких знаний об этом регионе и его народах — кочевой природе тюркского и монгольского населения, бродившего по степям. Например, на картах просто обозначен регион, где раньше бродили эти кочевые народы, а не королевство по образцу западного.По мере того как географы узнавали больше об этом регионе, термин «татарин / татарин» утратил свое значение в качестве обобщающего термина для кочевого населения региона. Другие элементы, такие как «татарский язык», флаг и герб, которые были обобщены от одного племени ко всем другим, живущим в этом регионе, теоретики заговора считают доказательством существования такой могущественной Империи.

Становится хуже. Еще одним предполагаемым доказательством того, что академическая история является мистификацией, является несоответствие между изображениями людей, таких как Чингисхан, Бату-хан и Тамерлан, в 15-18 веках и более современными (примеры, которые они используют, на самом деле, такие же старые, только они картины, сделанные придворным живописцем настоящего правителя).Только «старые» изображения, которые считаются более точными, являются белоснежными версиями монархов: поскольку европейские художники, создавшие их, не знали этническую принадлежность, которую они представляли, поэтому они просто представляли Чингисхана как обычного западного короля. Это не просто незнание, но и сдержанный расизм.

Азиатские и европейские изображения правителей Средней Азии / Фотомонтаж изображений с сайта Stolenhistory.org

Но на этом не заканчивается. Помните, что я сказал о зданиях в Соединенных Штатах? Что ж, основываясь на цветовой кодировке на двух старых картах и ​​плохо интерпретированной латыни, есть мнение, что Тартария имела владение в Северной Америке .Вот так. Связывая все это вместе, теоретики заговора полагают, что большинство архитектурных стилей и технологий, связанных с Западной Европой, в том числе в Европе и за ее пределами, на самом деле являются татарскими. Старые рисунки и картины, изображающие, какими будут технологии в будущем, стиль Жюля Верна, изображающие людей в летных костюмах и причудливых вертолетах в стиле стимпанк, приписываются Тартарии, подразумевая, что Империя обладала передовыми технологиями, которые были просто скрыты, уничтожены или изменены европейскими завоевателями. .

Есть целые дискуссии о , как старые карты изменяли свою форму странным образом (полностью игнорируя, насколько сложной и неточной была картография без современного оборудования), приписывая такие изменения сильным наводнениям и тому подобному. Я мог бы продолжать и продолжать, но примеров, которые я здесь привел, достаточно, чтобы показать, как работает эта «скрытая история» — путем выбора вишен и распознавания искаженных образов.

1652 Карта мира / Stolenhistory.org

Заключение: все дело в контексте …

Как бы снисходительно я ни звучал, излагая эти теории, я не думаю, что люди на подобных форумах должны просто молчать.Опрос — фундаментальная часть науки; все великие открытия происходят из желания понимать больше, осознания того, что вещи, которые мы знаем, неполны. Любопытство и желание улучшить наше понимание малоизученных тем — это хорошо, но это не должно быть просто бездумным предположением. Вот почему существует научный метод: вы перекрестно проверяете факты и информацию, рецензируете статьи, обсуждаете теории с экспертами на конгрессах и семинарах, проводите дискуссии в академических кругах. Действительно, интересно видеть, как люди стремятся к знаниям ради самих себя.

Чего мне не хватает, так это понимания того, как создаются знания. . Иногда мы думаем, что то, что мы знаем, считается само собой разумеющимся — мы слушаем наших учителей в школе и читаем наши книги, уже думая, что это всегда было там, и что все согласны с тем, что с тех пор считается фактами. Вера в заговоры и псевдонауку часто возникает с того момента, когда люди осознают, что знания могут быть оспорены — и, кстати, оспариваются постоянно! Что вы имеете в виду, есть альтернативные объяснения тому, чему меня учили? Что еще может быть ложью? Вот и они, отправляясь искать знания, но без метода.

Метод важен, или, скорее, фундаментален, и, возможно, нам нужно больше узнать об этом, чем узнавать о том, что было открыто на данный момент. Каждый может заниматься наукой и производить знания, да, абсолютно, но без метода мы в конечном итоге соединяем точки, совершенно не связанные друг с другом.

Тартария показывает, как простое незнание культуры и истории других людей может привести к огромным недоразумениям. В Бразилии, где я вырос, азиатская история и русская революция — темы, которые почти не затрагиваются, и только потому, что они относятся к большему европейскому сценарию; Европейской истории уделяется наибольшее внимание в западном образовании, при этом мало внимания уделяется истории Африки и Азии.Без учебы я мог бы так же легко попасться на это.

Если вы думаете, что такая теория безвредна, просто примите во внимание неудачи, которые мы переживаем, потому что есть сторонники плоской земли и люди, которые считают, что нацисты были левым крылом. Подобные теории заговора замедляют развитие науки, распространяют дезинформацию и поддерживают бредовое мышление. Во всяком случае, это отвлекает ученых от продолжения исследований по расширению наших текущих знаний, заставляя их доказывать то, что уже широко известно.

Как и большинство сегодняшних проблем, ключом к решению этой общей дискредитации науки и широко распространенного теоретизирования заговора может быть только один: образование, хорошее, образование. Царство Тартария и все его технологии могут быть ненастоящими, но теории заговора, которые наносят ущерб науке и доверию к академической истории, вполне реальны.

Рекомендуемое изображение: Карта Тартарии 1754 г. / Stolenhistory.org

растений | Бесплатный полнотекстовый | Гречневая крупа в питании человека

1.Введение

2. Устойчивый крахмал

3. Белок

4. Минеральные элементы

5. Фенольные вещества

6. Выводы

Продукты, приготовленные из зерна татарской гречихи, показали профилактический эффект против ряда хронических заболеваний, включая ожирение, сердечно-сосудистые заболевания, образование камней в желчном пузыре и гипертонию.Эффект в основном объясняется устойчивым крахмалом, белком и фенольными веществами в зерне, а также взаимодействиями между этими составляющими. Полифенолы влияют на усвояемость белков после гидротермальной обработки. Их взаимодействие снижает переваривание белка через тонкий и толстый кишечник. Микробные процессы в толстой кишке повышают усвояемость зернового протеина и крахмала, которые в противном случае блокируются полифенолами в гречихе, подвергнутой гидротермической обработке.Среди полифенолов фагопирин, по-видимому, представляет угрозу для здоровья при употреблении зеленых частей растений, особенно летом, людьми со светлой кожей. Доказано, что потребление гречневого зерна и продуктов из него безопасно.

Гречневая крупа может снижать уровень холестерина в сыворотке крови за счет увеличения экскреции стероидов с калом, которая вызвана связыванием стероидов с непереваренным белком. Устойчивые к пищеварению пептиды в значительной степени ответственны за выведение желчных кислот.Поскольку гречка не содержит белков глютена, ее используют в пищу людям с глютеновой болезнью. Сбалансированный аминокислотный состав белков гречки представляет собой важный источник диетического белка для людей, придерживающихся вегетарианской или веганской диеты. Повышение содержания стойкого к перевариванию крахмала достигается при варке гречневой крупы, а также обработкой холодной плазмой и комплексообразованием кверцетина, что приводит к модификации крахмала из татарского зерна гречихи. Резистентный крахмал действует как пищевое волокно и выполняет функцию пребиотика.Гречиха по-татарски — это культура, которая традиционно используется в пищу в горных районах Азии и Европы. По своему происхождению гречиха татарская — растение с низким потреблением энергии. Благодаря содержанию флавоноидов и других фенольных веществ гречиха татарская устойчива к болезням растений, вредителям и повреждениям УФ-В излучением. Это позволяет выращивать татарскую гречку как органическую и экологическую культуру без необходимости добавления искусственных удобрений или химической обработки.

И последнее, но не менее важное: татарская гречка напоминает многим потребителям о «старых добрых временах», когда популярность татарских гречневых блюд растет, особенно среди людей, заботящихся о качестве продуктов питания, в Азии и Европе.Это дает возможность разрабатывать новые, более «современные» продукты питания, основанные на старых кулинарных традициях, с переоценкой на основе современных научных знаний качества и потенциала татарской гречки.

Разработка системы штрих-кодов на основе 50 InDel для генетической идентификации ресурсов татарской гречихи

Abstract

Гречиха татарская ( Fagopyrum tataricum Gartn.) — высокофункциональная культура, которая может стать целью многих будущих селекционных работ.Надежное сохранение различных генетических ресурсов ex situ имеет важное значение для современного селекции винных сортов гречихи. Мы разработали кодоминантные инсерции / делеции (InDel) маркеры на основе ПЦР для различения генетических ресурсов винной гречихи. Во-первых, мы получили полный геном из 26 образцов в эталонном геноме суперкаффолда размером 569,37 МБ для винной гречихи cv. «Тэгван 3–7». Затем 171 926 гомогенных и 53 755 гетерогенных InDel были обнаружены путем сравнения 26 образцов с эталонной последовательностью «Daegwan 3–7».Из них 100 кандидатов InDel длиной от 5 до 20 п.н. были выбраны для валидации, и 50 из них выявили полиморфизм между 26 образцами и «Daegwan 3-7». Утвержденные InDels были дополнительно протестированы путем оценки их вероятности дать начало одному или нескольким ПЦР-продуктам в 50 других образцах, охватывающих большинство типов генома винной гречихи. Частоты основных аллелей варьировались от 0,5616 в локусе TB42 до 0,9863 в локусе TB48 со средним значением PIC 0.1532 в диапазоне 0,0267–0,3712. Чтобы создать удобную для пользователя систему, гомология генотипов между образцами и между образцами была визуализирована как в одном (1D), так и в двухмерном (2D) типах штрих-кода путем сравнения полиморфизмов ампликонов с эталонным сортом, «Дэгван 3–7». . » Филогенетическое дерево и популяционная структура 76 образцов в соответствии с полиморфизмом ампликона для 50 маркеров InDel соответствовали образцам, использующим несинонимичные варианты однонуклеотидного полиморфизма, что указывает на то, что система штрих-кодов, основанная на 50 InDel, была полезным инструментом для повышения надежности выявление образцов винной гречихи в запасах зародышевой плазмы.

Образец цитирования: Sohn H-B, Kim S-J, Hong S-Y, Park S-G, Oh D-H, Lee S и др. (2021) Разработка системы штрих-кодов на основе 50 InDel для генетической идентификации ресурсов татарской гречихи. PLoS ONE 16 (6): e0250786. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0250786

Редактор: Химаншу Шарма, Национальный институт агропродовольственной биотехнологии (НАБИ) Мохали, ИНДИЯ

Поступила: 28 сентября 2020 г .; Принята к печати: 14 апреля 2021 г .; Опубликовано: 3 июня 2021 г.

Авторские права: © 2021 Sohn et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в документе и его файлах с вспомогательной информацией.

Финансирование: Это исследование финансировалось грантами Программы совместных исследований для развития сельскохозяйственных наук и технологий, финансируемой Управлением развития сельских районов (RDA) Республики Корея для YHK (Проект №PJ01189401) и TheragenEtex Inc. предоставили поддержку этому исследованию в виде заработной платы SGK. Конкретная роль этих авторов сформулирована в разделе «Авторский вклад». RDA оценивало проект каждый год в течение 5 лет (2016-2020 гг.) И принимало участие в принятии решения об отправке для публикации, но спонсоры не играли дополнительной роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы ознакомились с политикой журнала, и у авторов этой рукописи есть следующие конкурирующие интересы: SGK является оплачиваемым сотрудником TheragenEtex Inc.и SL входит в совет директоров EONE DIAGNOMICS Genome Center Co. Ltd. Это не влияет на нашу приверженность политике PLOS ONE в отношении обмена данными и материалами. Нет никаких патентов, продуктов в разработке или продаваемых продуктов, которые можно было бы декларировать.

Введение

Семейство эвдикотовых Polygonaceae состоит из 27 зарегистрированных видов, включая 2 культивируемых вида, гречиху обыкновенную ( Fagopyrum esculentum Moench) и татарскую гречку ( F . tataricum Gaert.) [1,2]. Гречиха ( F . esculentum и F . tataricum ) культивируется как короткосезонный псевдозерновой во многих странах и регионах, включая Китай, Непал, Россию, Европу, Корею и Японию [3 , 4]. После одомашнивания на возвышенностях юго-западного Китая древние фермеры создали множество местных сортов татарской гречихи путем искусственного и естественного отбора [5]. После выращивания в Китае эти староместные сорта сначала распространились в Непал, Россию, Европу, Корею и Японию [5–9].Некоторые характеристики винной гречихи, такие как ее самоопыляемая природа и способность адаптироваться к различным регионам (от высокогорных зон до низин), привели как к морфологии, так и к генетически дивергентным очагам староместных сортов [10–13]. Эти староместные сорта были в значительной степени заменены меньшим количеством староместных сортов с особыми желательными характеристиками, такими как высокая урожайность, засухоустойчивость и аромат [5,14].

Гречиха татарская является основной пищевой культурой в высокогорных зонах (например, в высокогорных районах южного Китая и в Гималайских холмах) из-за ее морозостойкости в плохих почвенных условиях.В последнее время гречиха также используется для различных целей, от различных продуктов переходного периода до медицинских [15,16]. Зерно винной гречки считается идеальным источником функциональной пищи для человека, поскольку оно более богато белками, жирами, витаминами, рутином, кверцетином и другими флавоноидами, чем обычная гречка [17–23]. Популярность татарской гречки неуклонно растет, и ее выращивание распространилось на районы, находящиеся далеко за пределами своего первоначального региона [10,11,24,25].Это свидетельство адаптируемости татарской гречки, которая будет иметь решающее значение в условиях меняющегося климата Земли [14]. Селекция товарных сортов татарской гречихи улучшает сельскохозяйственные характеристики, такие как полегание, поздняя спелость и низкая урожайность [26,27]; однако это культивирование явилось результатом узкой генетической базы только нескольких сортов, из которых были получены современные сорта, которые плохо приспособлены к различным условиям выращивания. Узкое генетическое разнообразие коммерческого сорта обусловлено жестким качеством, требуемым фермерами и переработчиками, ограниченным использованием экзотической зародышевой плазмы, ограниченными стратегиями селекции и индивидуальным отбором растений [28–30].Таким образом, большее генетическое разнообразие генотипов винной гречки может быть использовано для улучшения конкретного представляющего интерес признака из-за узкого генетического разнообразия современных коммерческих сортов [14,31,32].

Идентификация зародышевой плазмы винной гречихи имеет жизненно важное значение для увеличения генетического разнообразия. Исследователи были сосредоточены на разработке молекулярных маркеров с использованием зародышевой плазмы и морфологических дескрипторов, чтобы обеспечить высокую способность распознавания. Существует множество методов различения разновидностей на основе полиморфизма ДНК, таких как случайная амплификация полиморфной ДНК (RAPD), полиморфизм длины амплифицированного фрагмента (AFLP), межпростой повтор последовательности (ISSR), простые повторы последовательности (SSR) и одиночный нуклеотид. полиморфизм (SNP).Полиморфизмы вставки-делеции (InDels) привлекают все больше внимания ученых, занимающихся молекулярной селекцией, поскольку они просты в использовании, совмещены (полностью информативны) и относительно многочисленны [33-40]. В гречневой каше SSR [9], AFLP [41], RAPD [42,43], ISSR [44] и SNP [45,46] использовались для оценки генетической изменчивости, но ни одно исследование не использовало различные методы дискриминации. с маркерами InDel из-за сложности обнаружения полиморфизмов ДНК в образцах винной гречихи.

До недавнего времени отсутствие крупномасштабной информации о секвенировании генома привело к внедрению InDels в качестве генетических маркеров у немодельных видов (например,г., гречка обыкновенная и винная) сложно. В последние годы опубликованные исследования предоставили проекты геномов гречихи обыкновенной [47] и сорта гречихи винного сорта Pinku1 [48] в семействе Polygonaceae. Что еще более важно, огромное количество данных о полиморфизме теперь может быть получено из огромного количества данных секвенирования с использованием высокопроизводительных технологий секвенирования [49]. Кроме того, Sohn et al. [38] сообщили, что система штрих-кодов на основе InDel ориентирована на удобство использования и обеспечивает эффективную систему управления ресурсами.В дополнение к системе штрих-кодов на основе InDel в настоящее время появляются морфологические дескрипторы, предназначенные для идентификации образцов татарской гречихи, которые могут использоваться для проверки ключевых геномных факторов, которые объясняют или предсказывают основные агрономические признаки.

Мы представляем высококачественный черновой вариант сборки генома и аннотацию винной гречихи. Ф . tataricum cv. «Тэгван 3–7». Используя подходы сравнительной геномики, мы выявили 171 926 гомогенных InDel и 53 755 гетерогенных InDels, обнаруженных в 26 образцах винной гречихи, которые мы сравнили с черновыми геномами сорта винной гречихи «Daegwan 3–7.Среди них 50 полиморфных InDel из 26 образцов были отобраны с помощью гель-электрофореза, которые были преобразованы в штрих-коды путем сравнения полиморфизмов ампликонов с эталонной последовательностью. Мы также выявили географическое распределение 73 образцов путем анализа структуры населения с использованием штрих-кодов. Для генетической идентификации ресурсов винной гречки мы создали удобную систему штрих-кодов на основе 50 генотипов 73 образцов на основе InDel. В качестве удобной для пользователя системы гомологию между образцами можно прогнозировать как в одном (1D), так и в двухмерном (2D) в виде блоков.Наша платформа может быть использована в программах генетических исследований и селекции, а также для эффективных систем управления ресурсами гречихи винного сорта.

Материалы и методы

Растительные материалы

Образцы 73 растений татарской гречихи (таблица S1) были предоставлены Национальным центром агробиоразнообразия (Чонджу, Республика Корея) и Научно-исследовательским институтом сельского хозяйства Хайленд (Пхенчхан, Республика Корея). Образцы были посажены в теплице, расположенной в Научно-исследовательском институте сельского хозяйства Хайленд (37 ° 68 ′ с.ш. и 128 ° 73 ′ в.д., высота 779 м), провинция Канвон, Республика Корея.Эти растения самоопылялись 3 раза методом опускания одного семени (SSD) путем выращивания отдельных растений в цветочных горшках (диаметром 10 см) [50]. Мы вырастили еще четыре поколения HLB1001 с использованием метода SSD, что привело к отбору потомства «Daegwan 3–7» для чернового генома татарской гречихи. Всего было собрано 26 образцов (Китай, Индия, Непал, Бутан, Пакистан и США).

Для изучения биоразнообразия и сравнительных взаимосвязей между образцами собранные образцы были посеяны в 2017 году и выращены в теплице в Научно-исследовательском институте сельского хозяйства Хайленд.Мы разделили растения по стадиям развития: стадия вегетативного роста (1–40 дней после посадки, DAP), стадия цветения (40–80 DAP) и стадия урожая (80–90 DAP). На стадии урожая цвет кожуры семян стал черным, что указывало на полное созревание семян [51].

Измерение содержания рутина и кверцетина

Семена стадии урожая использовали для измерения содержания в них рутина и кверцетина. Сначала зрелые семена 76 образцов измельчали ​​до мелкого порошка, затем образцы немедленно замораживали в жидком азоте и хранили при -80 ° C до дальнейшего использования.Всего 0,10 г сухого порошка для каждого образца смешивали с 1 мл метанола, затем экстрагировали при 80 ° C в течение 1 часа в обычном аппарате Сокслета. Экстракт фильтровали через шприцевой фильтр 0,20 мкм (PTFE 13 мм, PALL Life Sciences, Анн-Арбор, Мичиган) на содержание рутина [23]. Ультраэффективную жидкостную хроматографию (Waters Corporation, Милфорд, Массачусетс, США) проводили на Acquity 1-класса с использованием колонки C18 (2,1 мм × 100 мм, 1,7 мкм) (Waters Corporation, США) при 30 ° C. Подвижная фаза (1% муравьиная кислота в воде / 0.1% муравьиной кислоты в ацетонитриле) пропускали методом градиентного элюирования (таблица S2) со скоростью 0,25 мл / мин с общим объемом впрыска 10 л. Количество рутина оценивали на основании линейной калибровочной кривой для стандартного рутина и кверцетина (Extrasynthese, Франция) при длине волны детектирования 259 нм. Для каждого образца было выполнено три независимых анализа образцов. Все статистические анализы были выполнены с использованием вер. 3.6.1 программного обеспечения R.

секвенирование ДНК и

После 21 DAP листья в третьем узле потомства «Daegwan 3–7» использовали для создания чернового генома.Сначала были собраны трехнедельные листья основной массы 10 растений для экстракции геномной ДНК с использованием стандартного протокола CTAB (цетилтриметиламмонийбромид) [52,53]. Библиотеки как короткого чтения (Illumina), так и библиотеки длительного чтения (PacBio) были подготовлены в соответствии с инструкциями производителя для всего генома F . tataricum . Библиотеку с короткими вставками с парными концами (PE) получали с использованием набора для подготовки образцов ДНК Illumina TruSeq Nano (Illumina Inc., Сан-Диего, Калифорния, США) и 1 ~ 3 мкл ДНК.Анализ профиля библиотеки выполняли с помощью биоанализатора Agilent 2100 (Agilent Technologies, США) и количественного анализа qPCR, затем библиотеки секвенировали до 2 × 100 п.н. на платформе Illumina HiSeq 2500 (Illumina, США) от TheragenEtex Bio Institute (TheragenEtex Inc. ., Сувон, Республика Корея). Библиотеки PacBio SMRTbell (вставки 2 кб, 5 кб, 10 кб и 15 кб) были приготовлены с использованием стандартных протоколов подготовки библиотеки PacBio, которые доступны на http://pacificbiosciences.com/. Секвенирование проводили на системе PacBio RS II (Pacific Biosciences, США) с использованием химии C4 и 240-минутных фильмов TheragenEtex Bio Institute.

Короткие и длинные чтения были собраны отдельно. Сборка de novo длинных чтений PacBio была выполнена с использованием Fast Alignment и CONsensus [54] с параметрами по умолчанию. Короткие чтения были собраны с помощью SOAPdenovo2 [55] с параметрами по умолчанию. Исходные контиги были объединены с помощью HaploMerger2 [56]. Затем были использованы как короткие, так и длинные чтения для конструирования каркасов с SSPACE [57], что привело к геному чернового варианта суперкафолдной крупы винной гречихи cv. «Тэгван 3–7». Оценивали длину N50 конечных сборок генома.

Идентификация и проверка полиморфных InDels

Геномная ДНК была извлечена для повторного секвенирования всего генома из 26 образцов, которые 3 раза самоопылялись методом SSD. Трехнедельные листья из основной массы 10 растений были собраны для экстракции геномной ДНК с использованием стандартного протокола CTAB [52,53]. Данные состояли из считываний размером 101 п.н., которые были получены с использованием секвенатора HiSeq 2500. Программа 2 короткого олигонуклеотидного выравнивания (SOAP2) была использована для картирования необработанных считываний парных концов на эталонный геном (гречиха винная сорт cv.«Тэгван 3–7»). Для каждого образца более 93% считываний были правильно сопоставлены с эталонным геномом. Размер вставки оценивался путем сопоставления считываний с эталонным геномом с использованием алгоритма выравнивания Берроуза-Уиллера (bwa) [58] версии 0.5.9. Выровненные чтения были повторно выровнены в положениях InDel с использованием алгоритма GATK InDelRealinger [59] для повышения качества отображения. Базовые показатели качества были перекалиброваны с использованием алгоритма GATK TableRecalibration. Пара праймеров, использованная для амплификации каждого из InDel, была выбрана с помощью программного обеспечения Primer3 (http: // primer3.sourceforge.net). Мы выбрали InDel с более чем 10 п.н. и разработали праймеры в соответствии с характеристиками каждого InDel с использованием программного обеспечения Primer 3.

Анализ полиморфизма ампликона и процесс штрих-кодирования

выполняли с использованием 10 мкл реакционных смесей, содержащих 20 нг общей геномной ДНК, 2 мкМ праймера и 5 мкл смеси GoTaq Green Master Mix (Promega, Мэдисон, Висконсин, США). ПЦР выполняли при 95 ° C в течение 5 минут с последующими 35 последовательными циклами при 94 ° C в течение 30 секунд, 45 ° C в течение 30 секунд и 72 ° C в течение 30 секунд с использованием Mastercycler pro 384 (Eppendorf, Германия).Продукты ПЦР разделяли электрофорезом в 3% гелях сертифицированной ультраагарозы низкого диапазона (Bio-rad) с последующим окрашиванием LoadingSTAR (Dynebio, Республика Корея). Для ограничения количества кандидатов мы выбрали пары праймеров, которые амплифицировали продукты ПЦР длиной 150–231 п.н. Аллельное разнообразие InDel с продуктами е-ПЦР в 26 геномах винной гречки оценивали с помощью PIC (Polymorphism Information Content), который был определен как PIC, где p _ij — частота j -го паттерна. для маркера и [60,61].

50 маркеров InDel были отобраны в соответствии с успешностью их генотипирования и размером полосы ПЦР. Различительная способность отобранного набора 50 InDel для идентификации винной гречки оценивалась с использованием 76 образцов винной гречки. Праймеры были сконструированы путем нацеливания на область InDel таким образом, чтобы генотипы образцов винной гречихи давали одинаковые или разные (вставки или делеции) ампликоны относительно эталонного генома, «Дэгван 3–7». На основании результатов амплификации маркера InDel тот же результат с эталонным геномом был представлен буквой «а», а другие результаты были представлены буквой «b».Для представления результатов с помощью штрихового кодирования «a» и «b» были преобразованы в белый и черный цвета соответственно. Гомологию образцов рассчитывали после ПЦР-амплификации всех 50 InDel.

Филогенетический анализ и популяционная структура 73 образцов татарской гречихи

Различительная способность отобранного набора 50 InDel для идентификации винной гречихи была оценена с использованием 76 образцов винной гречки. Анализ проводился с помощью программы POWERMARKER Ver.3.23 (Лю и Муза 2005; http://www.poxermarker.net). Филогенетическое дерево для 73 образцов было составлено на основе генотипов, определенных с помощью 50 InDel, с использованием метода взвешенного соединения соседей с простыми коэффициентами соответствия в программе DARwin [55]. Для определения кластеров индивидуумов на основе их генотипов использовалась основанная на модели СТРУКТУРА 2.3.4 [63] с моделью примеси, периодом выгорания в 100 000 итераций и данными из 50 локусов InDel. Количество кластеров (k) было установлено равным пяти, поскольку это количество максимизировало параметр Δk (специальный критерий).Мы использовали моделирование со значениями k в диапазоне от 2 до 10 с 5 повторениями, чтобы вычислить значение LnP (D). Оптимальное значение k можно выбрать на основе максимального LnP (D), который обеспечивает четкую структуру популяции. Исходя из этого, мы выбрали K = 3 (три группы предков) для популяций винной гречихи. Чтобы проверить качество этих анализов, были составлены филогенетическое дерево и популяционная структура для 26 повторно секвенированных образцов на основе генотипов, определенных с использованием 6622 несинонимичных SNP.

Результаты

Сборка генома и полногеномное секвенирование образцов татарской гречихи

Мы вырастили семь поколений сорта гречиха татарская. «Дэгван» с использованием метода SSD и изолированного человека (обозначенного как «Дэгван 3–7»), чтобы исключить любую возможную неоднородность в исходной партии семян. Мы произвели в общей сложности 43,83 и 32,17 ГБ последовательностей с платформ секвенирования Illumina PE и Single-Molecule Real-Time (SMRT) соответственно, что соответствовало 78x (Illumina PE, таблица S2) и 58x (SMRT, таблица S3) (S1 Рис) для эталонного генома.Комбинируя стратегии секвенирования PacBio и Illumina Hiseq2500, мы получили окончательный проект сборки 569,37 МБ в 2886 каркасов с 50% общей последовательности, захваченной в 156 каркасов больше 886968 bps (Таблица 1, N50).

Нами было отобрано 26 образцов татарской гречихи для полногеномного ресеквенирования. Эти образцы возникли или были популяризированы в различных азиатских и международных регионах, включая 15 местных сортов из Китая, 4 из Непала, 4 из Индии, 1 из США, 1 из Бутана и 1 из Пакистана (Таблица 2).После того, как 3 дополнительных поколения были выращены с использованием метода SSD, панель из 26 генотипов показала широкую степень вариации содержания рутина и фенотипа (рис. 1 и 2). 26 образцов показали различное распределение содержания рутина по сравнению с 73 образцами (рис. 2). В частности, у HLB1013 было самое высокое содержание рутина (1 921 мг / 100 г · DW), а у HLB1006 было самое низкое (1250 мг / 100 г · DW) среди 26 образцов. Были обнаружены большие различия в форме семян и цвете кожуры между 26 образцами (рис. 1).Информация о семенах соответствовала известной генетической изменчивости 26 образцов.

Рис. 2. Содержание рутина в 73 образцах татарской гречихи в зависимости от страны происхождения.

Фенотипическая сегрегация показана в формате прямоугольной диаграммы. Межквартильный регион, медиана и диапазон обозначены прямоугольником, жирной горизонтальной линией и вертикальной линией соответственно. США / Япония / Россия включает 4 присоединения; 1 из США, 1 из Японии и 2 из России. Мы отобрали 26 образцов для повторного секвенирования всего генома, которые возникли или были популяризированы в различных азиатских и международных регионах.Более подробную информацию о 73 образцах татарской гречки см. В таблице S1.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0250786.g002

Мы произвели считывания парных концов ДНК на глубине 23–27 раз (таблица 2) для 26 геномов образцов и сопоставили их с эталонным геномом ( «Тэгван 3–7»). Качество секвенирования всех образцов было высоким: 93–95% считываний образцов доступа были сопоставлены с эталонным геномом, а 96–97% эталонного генома были покрыты (таблица S3).Генетические вариации (SNP и небольшие индексы) среди 26 образцов, собранных из шести стран, были индивидуально определены Samtools и Genome Analysis Tollkit GATK (см. Методы). Для повышения точности прогноза для последующего анализа использовались только вариации, предсказанные обоими методами. Биоинформатический анализ выявил 171 926 и 53 755 гомогенных и гетерогенных InDel соответственно (рис. 3). Гетерозиготность всех образцов составляла около 10%, что отражает возможность перекрестного опыления, хотя использовалось самоопыление (таблица S4).

Рис. 3. Количество InDels в 26 образцах татарской гречихи, выровненных с эталонным геномом «Дэгван 3–7».

Количество вариантов, однородных альтернативному генотипу; оба аллеля совпадают с альтернативным генотипом. Количество вариантов гетерогенного генотипа; один аллель соответствует эталонному, а другой — альтернативному генотипу.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0250786.g003

Выбор 50 инделов и построение базы данных по 73 образцам штрих-кодов

Сравнение последовательностей на нуклеотидном уровне тестируемых геномов с эталонным геномом выявило InDels, которые можно легко использовать для идентификации ресурсов винной гречки в обычных лабораториях.В соответствии с тем, что было обнаружено у других организмов [38,64], подавляющее большинство гомогенных InDel из всех образцов были короткими с преобладанием 4-bp или меньше событий (Fig 3). Из этих данных полиморфизма мы выбрали InDels с более чем 10 пар оснований для дальнейшего анализа, чтобы помочь нам идентифицировать их с помощью ПЦР и гель-электрофореза. Мы протестировали 100 наборов праймеров, сосредоточив внимание на их способности амплифицировать продукты ПЦР в 26 типах генома, поскольку это исследование было направлено на установление основанных на ПЦР маркеров, применимых для всех образцов татарской гречихи.Праймеры для ПЦР были разработаны для генерации ампликонов различного размера в интервале 150–231 п.н. (таблица S5). Среди них 50 локусов InDel были широко распределены на целых хромосомах в эталонном геноме («Pinku 1»), о котором сообщалось ранее (рис. 4). Мы выбрали 50 InDels для проверки точности прогноза и обнаружили, что 98,2% результатов ПЦР в 26 образцах соответствовали прогнозируемым результатам. Результаты анализа InDel были очень точными (таблицы S5 и S6). Эта высокая точность обеспечила прочную основу для нашего анализа данных и предоставляет данные высокого качества для будущего анализа данных.

были сконструированы путем нацеливания на область InDel таким образом, чтобы генотипы 26 образцов производили одинаковые или разные (вставки или делеции) ампликоны относительно эталонного генома (рис. 5). При использовании ранее описанного метода штрих-кода [38,39], результаты, идентичные референсному геному «Дэгван 3–7», были представлены буквой «а», тогда как другие результаты были представлены буквой «б», которые были представлены как «белый» »И« черный »штрих-коды соответственно. На рис. 5 показана система штрих-кода, примененная к образцам татарской гречихи HLB1007 и HLB1008, которые были преобразованы в стандартные одномерные и широко используемые двухмерные штрих-коды путем сравнения их полиморфизмов ампликонов с эталонным геномом «Дэгван 3–7.Этот результат подчеркивает, что типы штрих-кодов могут быть эффективно использованы для исследования степени маркерных различий в образцах винной гречихи (рис. 6). Создание, стабильность и качество системы штрих-кодов для генетической идентификации с использованием отобранных 50 InDel тщательно оцениваются ниже.

Рис. 5. Применение системы штрих-кодов винного камня для присоединения винного камня, HLB1007 и HLB1008.

(A) Продукты амплификации и штрих-кодовое представление полиморфизмов с использованием маркера InDel TB11 на образцах винной гречихи.Результаты ПЦР с использованием 50 InDel в (B) HLB1007 и (C) HLB1008 были преобразованы в стандартные 1D и широко используемые типы 2D штрих-кодов по сравнению с таковыми в «Daegwan 3–7». Результаты, идентичные эталонному геному, были представлены белым цветом, а другие результаты — черным.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0250786.g005

Рис. 6. Сравнение двухмерных штрих-кодов между HLB1007 и HLB1008.

Идентичные результаты отображаются белым цветом, а другие результаты — черным.Морфология семян HLB1007 и HLB1008.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0250786.g006

Создав базу данных 50 полиморфизмов InDel для 73 образцов татарской гречки (рис. S2), мы создали более стабильную основу для использования штрих-кода. Система представляет собой многообещающий инструмент для определения генетических ресурсов винной гречихи. Частоты аллелей и среднее значение PIC для 50 локусов InDel показаны в таблице 1. Частоты основных аллелей варьировались от 0.5616 в локусе TB42 до 0,9863 в локусе TB48. Среднее значение PIC составило 0,1532 с диапазоном 0,0267–0,3712, что означает, что выбранные InDels могут быть применены для исследования полиморфизма образцов винной гречихи (таблица S7). Генотипы 73 образцов татарской гречихи были сконструированы с помощью двумерного штрих-кода, и генотипическая дискриминация была проанализирована путем сравнения его с образцами системы штрих-кода. Средняя разница между проанализированными образцами составила 7 InDels из 50 InDels, в то время как 6 образцов имели различия в 12 InDels по сравнению с эталонным геномом «Daegwan 3–7.Сравнивая двумерные штрих-коды образцов, можно было легко визуально различить различные блоки, чтобы можно было определить различия генотипов образцов (рис. 6). Различительная способность генетических ресурсов была достаточно высока, чтобы расширить наше понимание как филогенетических сигналов, так и изменчивости на уровне популяции.

Филогенетический анализ и популяционная структура образцов татарской гречихи

Филогенетический анализ 6622 несинонимичных вариантов SNP и популяционная структура разделили панель на 2 первичные популяции (рис. 7): контрольную группу и не контрольную группу.Аналогичный результат был достигнут с данными SSR, которые указали на два отдельных групповых кластера винной гречки [9]. 23 образца имели 4 подгруппы в нереферентной группе и были классифицированы в соответствии с областью сбора. Филогенез решил, что подгруппа 2 (3 Непал, 1 Бутан и 2 Китай) ближе к подгруппе 1 (8 Китая и 1 Индия), чем подгруппа 3 (3 Индия, 1 Пакистан и 1 Непал).

Рис. 7. Анализ разнообразия 26 повторно секвенированных образцов винной гречихи.

(A) Филогенетический анализ на основе несинонимичных SNP.(B) СТРУКТУРА [63] классификация и (C) анализ главных компонентов были аналогичны. Каждый цвет обозначает страну происхождения.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0250786.g007

Для проверки надежности 50 маркеров InDel для различения образцов татарской гречихи были построены бин-карты для 73 образцов татарской гречихи с использованием InDels (таблица S6 ). Мы проанализировали популяционные структуры исследуемых образцов и референтных групп.Результат показан на рис. 8. При K = 3 кластеры были привязаны к Юго-Восточной Азии и Китаю. Среди подгруппы 1 образцы в Юго-Восточной Азии почти полностью состояли из красного компонента, в то время как образцы из Китая состояли из красного, зеленого и синего компонентов. В подгруппу 1 в основном входили образцы из Юго-Восточной Азии (65,4%), в подгруппу 2 — образцы из Китая (71,4%), а в подгруппу 3 — образцы из Китая (97,0%). В то же время китайские образцы подгруппы 1 и 3 показали смешанный состав как красного, зеленого, так и синего компонентов.PCA также дал аналогичные результаты, когда образцы образуют плотный кластер, разделенный областью сбора.

Рис. 8. Анализ разнообразия образцов татарской гречихи.

(A) СТРУКТУРА [63] результаты основаны на 50 InDels: 73 образца были разделены на 3 субпопуляции. (B) Анализ главных компонентов и классификация СТРУКТУРЫ были аналогичны. Каждый цвет обозначает страну происхождения. (C) Филогенетический анализ 73 образцов татарской гречихи с использованием взвешенного анализа слиянием соседей в программе DARwin [62].Горизонтальная полоса указывает расстояние на основе простого коэффициента соответствия. Каждая подгруппа представляет собой субпопуляцию на основе результатов СТРУКТУРА.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0250786.g008

Взвешенные отношения объединения соседей (дерево NJ) с картами ячеек выявили 3 группы (G1, G2 и G3), содержащие 40, 16 и 17 присоединения соответственно (рис. 8). Образцы, собранные в Непале и Бутане, продемонстрировали субструктуру внутри группы 1, являясь генотипами, наиболее близкими к контрольной группе.Другой результат показал, что две отдельные группы были сгруппированы с использованием несинонимичных вариантов SNP (рис. 7). Цветовые обозначения ветвей подтверждают классификацию 73 образцов по регионам сбора (рис. 8). В филогенетическом анализе PCA и популяционная структура показали, что образцы винной гречихи разделились на разные группы, что отражало их географическое распространение. С доказательствами, связывающими 50 InDels с экологической адаптивностью, эти результаты согласуются с разделением татарской гречихи на различные группы в соответствии с их географическим распределением.Эти результаты показывают практическую применимость системы штрих-кодов, которую можно использовать для идентификации генетической изменчивости, связанной с фенотипической изменчивостью, имеющей функциональное значение, а также маркеры, которые можно использовать в селекции сельскохозяйственных культур.

Обсуждение

Татарская гречиха — важная культура, которая может стать целью многих будущих селекционных усилий. Это вид сельскохозяйственных культур, представляющих интерес по разным причинам, включая более высокий уровень рутина по сравнению с гречкой [10,23,65].Для выведения товарных сортов татарской гречки необходимо расширить элитную зародышевую плазму за счет добавления различных генетических ресурсов. Эта область все еще недостаточно представлена ​​на генетическом уровне, несмотря на огромное разнообразие зародышевой плазмы и ее важность в ресурсах, адаптированных к стрессу [66–70]. В частности, поскольку эти ресурсы обладают многими отличительными чертами, мы использовали 73 генетических ресурса винной гречихи для создания основы для сравнительного анализа. Эти ресурсы различаются по морфологии семян (рис. 1) и содержанию рутина (рис. 2).Эти различия могут привести к разным ответам на УФ-В, засуху [69] и солевой стресс [67]. Недавняя публикация геномов винной гречихи предоставила эталонный геном, необходимый для изучения молекулярных маркеров, позволяющих различать эти генетические ресурсы [48]. Узкое генетическое разнообразие коммерческого сорта имеет различные причины, в том числе жесткое качество, требуемое фермерами и переработчиками [28,30]. Таким образом, молекулярные маркеры необходимы для понимания генетических различий образцов винной гречихи, которые могут быть использованы для расширения генетических ресурсов программ коммерческой селекции.Чтобы решить эту проблему, мы создали удобную для пользователя систему штрих-кодов, используя 50 генотипов на основе InDel 73 образцов. Наша система штрих-кодов может использоваться в генетических исследованиях, селекционных программах и эффективных системах управления ресурсами гречихи.

Технологии высокопроизводительного секвенирования [49] предлагают огромные возможности для создания огромного количества данных секвенирования из до сих пор не охарактеризованных геномов, что облегчает внедрение InDels в качестве генетических маркеров в немодельных культурах, таких как татарская гречиха.Учитывая, что существующий эталонный геном для «Pinku 1» был из Китая [48], мы сконструировали новый эталонный геном в масштабе суперкаффолда для различных «Дэгван 3–7» из Республики Корея, объединив стратегии секвенирования PacBio и Illumina Hiseq2500. Используя этот комплексный подход, мы получили размер каркаса N50 463 432 п.н. для чернового генома «Дэгвана 3–7» (Таблица 1). Чтобы изучить геномные вариации образцов татарской гречихи, мы выполнили полногеномное секвенирование 26 образцов в эталонном геноме («Дэгван 3–7») (Таблица 2).Примечательно, что глубина (23 × — 27 ×) охвата последовательностей указывает на то, что она хорошо подходит для анализа последовательностей 26 генетических ресурсов. Из этих сравнений геномов было получено 171926 гомогенных InDel и 53 755 гетерогенных InDel с плотностью InDel 2 на каждый 1 kb посредством попарного сравнения с эталонным геномом (рис. 3 и таблица S5). Среди них 50 полиморфных InDel были отобраны с помощью гель-электрофореза, результаты которого на 98,2% совпали с предсказанными результатами (таблицы S6 и S7).Более того, 49 InDel были широко распространены во всем геноме «Pinku 1». Учитывая, что локус TB8 не был обнаружен в «Pinku 1», два эталонных генома для «Pinku 1» и «Daegwan 3–7» могут служить основой и ссылками для разработки пангенома для уменьшения систематической ошибки ссылки. Планируем и дальше улучшать проект генома гречихи винной сорт. «Дэгван 3–7» для использования в пангеноме. Наши результаты показывают, что черновые варианты геномов de novo суперкафолда обычно облегчают внедрение InDels в качестве генетических маркеров в немодельные культуры, такие как татарская гречиха.

Чтобы эффективно идентифицировать образцы татарской гречихи, мы разработали систему штрих-кодов, используя 50 индексов, выбранных из 26 геномов местных сортов, с использованием стратегии повторного секвенирования. Система двумерных штрих-кодов (рис. 5 и 6) — мощный инструмент для сравнения генотипов образцов татарской гречихи [38–40]. Геномы местных сортов, собранные из шести стран, содержат огромное генетическое разнообразие, адаптированное к широким спектрам условий окружающей среды (Таблица 2). Применяя 50 InDels к этой коллекции, мы обнаружили, что как географические, так и экологические факторы сформировали генетическое разнообразие староместных сортов татарской гречихи (рис. 7).В 73 образцах анализ структуры популяции с использованием данных штрих-кода ДНК выявил их географическое распределение (рис. 8), которое приспособлено к адаптации в разнообразных топографических условиях агроэкосистемы [71–74]. В филогенетическом анализе с использованием несинонимичных SNP 26 образцов показали тесную связь с образцами из Бутана и Пакистана. (Рис 7). Это наблюдение согласуется с предыдущим исследованием, в котором было обнаружено, что анализ генетической структуры популяции с использованием данных SSR сгруппировал одну группу, которая в основном была распространена в Непале, Бутане и регионах плато Юньнань-Гуйчжоу в Китае, а другая группа произошла в основном с Лессового плато. регионы Хунань и Хубэй Китая и США [9].Эти результаты согласуются с ранее предложенным методом обмена семенами на близком географическом расстоянии [5,8]. Вместе с SSR [9], AFLP [41], RAPD [42,43] и ISSR [44] система штрих-кодов с использованием InDels может дополнить текущие исследования и расширить наше понимание как филогенетических сигналов, так и вариаций на уровне популяции [38– 40]. Эти филогенетические и структурные анализы образцов винной гречихи послужат важным ресурсом для более глубокого понимания эволюции клон-специфических генных сетей, связанных со специфическими для окружающей среды особенностями развития и адаптации староместных сортов винной гречихи.

В соответствии с их положением в унигенах 50 InDel были разделены на пять типов: кодирующая область, 5′-нетранслируемая область, 3′-нетранслируемая область, область сплайсинга и межгенная область (таблица S7). InDels может быть склонен к изменениям в экспрессии генов посредством цис-регуляторных мутаций [75]. Постулируется, что InDels некоторых генов, например, RPP4 [76], UGT73B5 [77], TPS4 [78] и DREB3 [79], играют роль в различных ответах на стрессы окружающей среды во время рост и выживание.С доказательствами, связывающими 50 InDels с экологической адаптивностью, эти результаты согласуются с разделением татарской гречихи на различные группы в соответствии с их географическим распределением.

Несмотря на самоопыление винной гречихи через 3 дополнительных поколения с использованием метода SSD, в геномной ДНК 26 потомков было обнаружено около 10% гетерогенных InDel (таблица S3). Предыдущие исследования показали, что фермеры выращивали несколько староместных сортов татарской гречихи, подходящих для различных местных микроклиматов и условий окружающей среды [5], что могло стимулировать поток генов староместных сортов в пределах региона [80].В этом исследовании мы обнаружили сильную поддержку аллогамии среди местных сортов, которая способствует гетерогенным InDels у винной гречихи, что может определять генетическое разнообразие местных сортов в регионе. Учитывая влияние гетерозиготного InDel на увеличение частоты однонуклеотидных мутаций [75,81], это может быть важной характеристикой, которая позволяет татарской гречке адаптироваться к разнообразным топографическим условиям агроэкосистемы. Эти результаты предполагают, что дивергентная экспрессия генов локусов InDel может влиять на его адаптацию к условиям окружающей среды.

Мы обнаружили, что образцы татарской гречихи можно различить по 50 InDels на основе генотипа в зависимости от местоположения с различающейся средой (рис. 7 и 8). Гречиха татарская — это разнообразная культура, у которой в каждом генофонде произошли отдельные события одомашнивания, за которыми последовала расовая и рыночная диверсификация, что привело к различным морфологическим характеристикам в каждом коммерческом рыночном классе [82]. Объединение нескольких типов данных может компенсировать недостающую или ненадежную информацию в одном типе данных.Важно отметить, что полное управление ресурсами может быть обнаружено только в том случае, если при анализе будут учтены генотип, фенотип и хемотип образцов татарской гречихи. Чтобы создать удобную для пользователя общую платформу для ресурсов генотипа, фенотипа и хемотипа, мы планируем объединить данные генотипа с данными этого фенотипа и хемотипа (содержание рутина) для образцов гречихи винного сорта (S3 рис.). Наша платформа может быть использована в генетических исследованиях, селекционных программах и для эффективных систем управления ресурсами гречихи.Повышение урожайности винной гречки потребует адаптации урожая к сельскохозяйственной среде новых мест. Система штрих-кодов может помочь селекционерам винной гречки идентифицировать образцы зародышевой плазмы и может использоваться в качестве родительских доноров для селекции винных сортов гречихи.

Благодарности

Искренне благодарим Мисук Ли за выращивание ресурсов татарской гречки, Джуён Шим за выделение образцов ДНК и Хёнджин Шин за техническую помощь в лаборатории.Авторы хотели бы поблагодарить Enago (www.enago.co.kr) за обзор на английском языке.

Ссылки

1. 1. Охниши О., Мацуока Ю. Поиск дикого предка гречихи II. Таксономия видов Fagopyrum (Polygonaceae) на основе морфологии, изоферментов и изменчивости хпДНК. Genes Genet Syst. 1996. 71: 383–390.
2. 2. Yasui Y, Ohnishi O. Филогенетические отношения между видами Fagopyrum , выявленные нуклеотидными последовательностями ITS-области гена ядерной рРНК.Genes Genet Syst. 1998. 73 (4): 201–210. pmid: 9880918
3. 3. Eggum BO, Kreft I, Javornik B. Химический состав и качество белка гречихи ( Fagopyrum esculentum Moench). Растительная пища Hum Nutr. 1980. 30 (3): 175–179.
4. 4. Бонафачча Г., Мароккини М., Крефт И. Состав и технологические свойства муки и отрубей из гречневой крупы обыкновенной и винной. Food Chem. 2003; 80: 9–15.
5. 5. Хуанг В., Джарвис Д., Ахмед С., Лонг К.Генетическое разнообразие татарской гречки в Гималаях связано с разнообразием местных фермерских сортов и низкой диетической зависимостью. Устойчивость. 2017; 9 (10): 1806.
6. 6. Мурай М., Охниши О. Популяционная генетика культурной гречки обыкновенной, Fagopyrum esculentum Moench. X. Маршруты диффузии, выявленные маркерами RAPD. Genes Genet Syst. 1996. 71: 211–218. pmid: 8979373
7. 7. Охниши О. Поиски дикого предка гречихи III. Дикий предок культурной гречки обыкновенной и татарской гречихи.Econ Bot. 1998. 52 (2): 123–133. Доступно на http://www.jstor.com/stable/4256049.pdf. По состоянию на 18 сентября 2020 г.
8. 8. Delêtrea M, McKey DB, Hodkinson TR. Брачные обмены, обмены семенами и динамика маниокального разнообразия. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2011; 108 (45): 18249–18254. pmid: 22042843
9. 9. Хоу С., Сунь З., Линху Б., Сюй Д., Ву Б., Чжан Б. и др. Генетическое разнообразие сортов гречихи ( Fagopyrum tartaricum Gaertn.) Оценивалось с помощью маркеров SSR, разработанных на основе последовательностей геномных исследований.Отчет Plant Mol Biol. 2016; 34 (1): 233–241.
10. 10. Kreft I, Fabjani N, Germ M. Rutin в защите растений от гречихи и ее значении для производства функционального питания. Фагопирум. 2003; 20: 7–11. Доступно на https://www.researchgate.net/publication/255602730. По состоянию на 18 сентября 2020 г.
11. 11. Бишт И.С., Мехта П.С., Бхандари округ Колумбия. Традиционное разнообразие сельскохозяйственных культур и его сохранение на фермах для устойчивого сельскохозяйственного производства в Кумаон Гималаи штата Уттаранчал: тематическое исследование.Genet Resour Crop Evol. 2007. 54: 345–357.
12. 12. Лю М., Ма З., Чжэн Т., Сунь В., Чжан Ю., Цзинь В. и др. Понимание взаимосвязи между физиологическими изменениями и развитием семян татарской гречихи ( Fagopyrum tataricum Gaertn.). BMC Genomics. 2018; 19 (1): 648. pmid: 30170551
13. 13. Шпенглер Р. Антропогенное распространение семян: переосмысление истоков одомашнивания растений. Trends Plant Sci. 2020; 25 (4): 340–348. pmid: 32191870
14. 14.Беван М.В., Уауи С., Вульф ББХ, Чжоу Дж., Красилева К., Кларк М.Д. Геномные инновации для улучшения сельскохозяйственных культур. Природа. 2017; 543: 346–354. pmid: 28300107
15. 15. Ли СК, Чжан Кью. Успехи в разработке функциональных продуктов из гречки. Crit Rev Food Sci Nutr. 2001. 41 (6): 451–464. pmid: 11592684
16. 16. Джонс М.К., Лю X. Истоки сельского хозяйства в Восточной Азии. Наука. 2009. 324 (5928): 730–731. pmid: 19423806
17. 17. Стедман К.Дж., Бургун М.С., Льюис Б.А., Эдвардсон С.Е., Обендорф Р.Л.Минералы, фитиновая кислота, дубильные вещества и рутин во фракциях помола семян гречихи. J Sci Food Agric. 2001. 81 (11): 1094–1100.
18. 18. Fabjan N, Rode J, Košir IJ, Wang Z, Zhang Z, Kreft I. Татарская гречка ( Fagopyrum tataricum Gaertn.) Как источник диетического рутина и кверцитрина. J. Agric Food Chem. 2003. 51 (22): 6452–6455. pmid: 14558761
19. 19. Крефт И., Фабьян Н., Ясумото К. Содержание рутина в пищевых материалах и продуктах гречки ( Fagopyrum esculentum Moench).Food Chem. 2006. 98 (3): 508–512.
20. 20. Гупта Н., Шарма С.К., Рана Дж.С., Чаухан Р.С. Экспрессия генов биосинтеза флавоноидов через вариацию содержания рутина на разных стадиях роста видов Fagopyrum . J. Plant Physiol. 2011. 168 (17): 2117–2123. pmid: 21872967
21. 21. Ван Л, Ян Х, Цинь П, Шан Ф, Рен Г. Флавоноидный состав, антибактериальные и антиоксидантные свойства экстракта винных отрубей гречихи. Ind Crops Prod. 2013; 49: 312–317.
22. 22.Hu Y, Hou Z, Liu D, Yang X. Флавоноиды татарской гречки защищают печеночные клетки от окислительного стресса, вызванного высоким уровнем глюкозы, и резистентности к инсулину через сигнальные пути MAPK. Food Funct. 2016; 7 (3): 1523–1536. pmid: 26899161
23. 23. Kim SJ, Sohn HB, Kim GH, Lee YY, Hong SY, Kim GD и др. Сравнение и проверка содержания рутина и кверцетина в соответствии с методом экстракции винной гречки ( Fagopyrum tataricum Gaertn.). Корейский J Food Sci Technol.2017; 49 (3): 258–264.
24. 24. Джоши Б.К. Корреляционный, регрессионный анализ и анализ путевых коэффициентов для некоторых компонентов урожайности обычной и татарской гречихи в Непале. Фагопирум. 2005. 22: 77–82.
25. 25. Ван Y, Кэмпбелл CG. Селекция татарской гречихи ( Fagopyrum tataricum L. Gaertn.) Путем гибридизации с ее рисово-винным типом. Euphytica. 2007. 156 (3): 399–405.
26. 26. Судзуки Т., Моршита Т., Мукаса Ю., Такигава С., Йокота С., Исигуро К. и др.Выведение «Мантен-Кирари», не горького и содержащего следы рутинозидазы сорта татарской гречихи ( Fagopyrum tataricum Gaertn.). Breed Sci. 2014. 64 (4): 344–350. pmid: 25914589
27. 27. Ли Ц, Се З, Ван И, Лу В, Инь Г, Сунь Д. и др. Корреляционный и генетический анализ толщины оболочки семян и факторов урожайности у гречихи татарской ( Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn.). Breed Sci. 2019; 69: 464–470. pmid: 31598079
28. 28. Singh SP. Расширение генетической базы культурных сортов фасоли.Crop Sci. 2001; 41: 1659–1675.
29. 29. Hyten DL, Song Q, Zhu Y, Choi I.Y, Nelson RL, Costa JM, et al. Влияние генетических узких мест на разнообразие генома сои. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2006; 103 (45): 16666–16671. pmid: 17068128
30. 30. Бхандари Х. Р., Бхану А. Н., Шривастава К., Сингх М. Н., Шрейя, Хемантаранджан А. Оценка генетического разнообразия сельскохозяйственных культур — обзор. Adv Plants Agric Res. 2017; 7 (3): 279–286.
31. 31. Эриксен П.Дж. Концептуализация продовольственных систем для исследования глобального изменения окружающей среды.Glob Environ Change. 2008. 18 (1): 234–245.
32. 32. Hughes AR, Inouye BD, Johnson MTJ, Underwood N, Vellend M. Экологические последствия генетического разнообразия. Ecol Lett. 2008. 11 (6): 609–623. pmid: 18400018
33. 33. Бриттен Р.Дж., Роуэн Л., Уильямс Дж., Кэмерон Р.А. Большинство расхождений между близкородственными образцами ДНК связано с инделениями. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2003; 100 (8): 4661–4665. pmid: 12672966
34. 34. Väli Ü, Brandström M, Johansson M, Ellegren H.Инсерционно-делеционные полиморфизмы (индели) как генетические маркеры в природных популяциях. BMC Genet. 2008; 9 (1): 8. pmid: 18211670
35. 35. Хоу X, Ли Л., Пэн З., Вэй Б., Тан С., Дин М. и др. Платформа высокоплотных маркеров INDEL / CAPS для картографического клонирования Arabidopsis. Плант Дж. 2010; 63 (5): 880–888. pmid: 20561258
36. 36. Могхаддам С.М., Сонг К., Мамиди С., Шмутц Дж., Ли Р., Креган П. и др. Разработка маркеров InDel, специфичных для рыночного класса, на основе данных последовательностей следующего поколения в Phaseolus vulgaris L.Фронтальный завод им. 2014; 5: 185. pmid: 24860578
37. 37. Meng HT, Zhang YD, Shen CM, Yuan GL, Yang CH, Jin R и др. Анализ генетического полиморфизма 30 индейцев в китайской этнической группе Xibe и его популяционно-генетических различий с другими группами. Научные отчеты. 2015; 5 (5): 8260. pmid: 25651970
38. 38. Sohn HB, Kim SJ, Hwang TY, Park HM, Lee YY, Markkandan K и др. Система штрих-кодов для генетической идентификации сортов сои [ Glycine max (L.) Merrill] с использованием маркеров InDel, специфичных для блоков плотных вариаций.Фронтальный завод им. 2017; 8: 520. pmid: 28443113
39. 39. Sohn HB, Song YH, Kim SJ, Hong SY, Kim KD, Koo BC и др. Идентификация и паттерны хромосомных перестановок сортов сои, выращенных в Квангвон-до, с использованием 202 маркеров InDel, специфичных для блоков вариаций. Корейский J Breed Sci. 2018; 50 (4): 396–405.
40. 40. Chun JB, Jin M, Jeong N, Cho C, Seo MS, Choi MS и др. Генетическая идентификация и филогенетический анализ новых сортов и 149 корейских сортов с использованием 27 маркеров InDel, выбранных из плотных блоков вариаций сои ( Glycine max (L.) Меррилл). Korean J Plant Res. 2019; 32 (5): 519–542.
41. 41. Цуджи К., Охниши О. Филогенетические взаимоотношения между популяциями дикой и культивируемой татарской гречихи ( Fagopyrum tataricum Gaertn.), Выявленные с помощью анализа AFLP. Genes Genet Syst. 2001. 76 (1): 47–52. pmid: 11376551
42. 42. Цуджи К., Охниши О. Происхождение культурной татарской гречихи ( Fagopyrum tataricum Gaertn.), Выявленное с помощью RAPD-анализа. Genet Resour Crop Evol. 2000; 47: 431–438.
43. 43. Цуджи К., Охниши О. Филогенетическое положение восточно-тибетских природных популяций татарской гречихи ( Fagopyrum tataricum Gaertn.), Выявленное с помощью RAPD-анализа. Genet Resour Crop Evol. 2001. 48 (1): 63–67.
44. 44. Чжан А., Чжао Л. Молекулярная характеристика генетического разнообразия малоиспользуемых культур; Гречка как пример. Acta Hortic. 2013; 979: 407–419.
45. 45. Кацу К., Сузуки Т., Фуджино К., Моришита Т., Нода Т. Разработка ДНК-маркера для распознавания разновидностей, специфичного для «Manten-Kirari», на основе последовательности NGS-РНК в татарской гречке ( Fagopyrum tataricum ).Food Chem. 2019; 295: 51–57. pmid: 31174789
46. 46. Чжан Л., Ма М., Лю Л. Идентификация генетического локуса, лежащего в основе легкого шелушения в рисовом тартаре, для легкой послеуборочной обработки винной гречки. Гены. 2020; 11 (4): 459. pmid: 32340240
47. 47. Ясуи Ю., Хиракава Х., Уэно М., Мацуи К., Танака Т.К., Янг С.Дж. и др. Сборка чернового генома гречихи и его применение в идентификации агрономически полезных генов. ДНК Res. 2016; 23 (3): 215–224. pmid: 27037832
48. 48.Zhang L, Li X, Ma B, Gao Q, Du H, Han Y и др. Геном татарской гречихи дает представление о биосинтезе рутина и устойчивости к абиотическим стрессам. Завод Мол. 2017; 10 (9): 1224–1237. pmid: 28866080
49. 49. Bansal V, Boucher C. Технологии секвенирования и анализ: где мы были и куда мы идем? iScience. 2019; 18: 37–41. pmid: 31472161
50. 50. Джанван М., Сревонгчай Т., Срипичитт П. Селекция риса для получения высокой урожайности с помощью усовершенствованного метода селекции методом спуска одного семени.J Plant Sci. 2013; 8 (1): 24–30.
51. 51. Halbrecq B, Romedenne P, Ledent JF. Эволюция цветения, созревания и завязывания семян гречихи ( Fagopyrum esculentum Moench): количественный анализ. Europ J Agronomy. 2005; 23: 209–224.
52. 52. Рейес-Вальдес М.Х., Сантакрус-Варела А., Мартинес О., Симпсон Дж., Хаяно-Канаширо, С., Кортес-Ромеро С. Анализ и оптимизация общего отбора образцов ДНК с бинарной оценкой для характеристики зародышевой плазмы. PLoS ONE. 2013; 8: e79936.pmid: 24260321
53. 53. Роджерс С.О., Бендич А.Дж. Извлечение общей клеточной ДНК из растений, водорослей и грибов. В: Гельвин С.Б., Шильпероорт Р.А., редакторы. Руководство по молекулярной биологии растений. Спрингер: Дордрехт; 1994. стр. 183–190. https://doi.org/10.1007/978-94-011-0511-8_12
54. 54. Chin CS, Peluso P, Sedlazeck FJ, Nattestad M, Concepcion GT, Clum A и др. Поэтапная диплоидная сборка генома с секвенированием одной молекулы в реальном времени. Нат методы. 2016; 13: 1050–1054. pmid: 27749838
55. 55.Луо Р., Лю Б., Се И, Ли З, Хуанг В., Юань Дж. И др. SOAPdenovo2; Эмпирически улучшенный ассемблер de novo с эффективным использованием памяти. Gigascience. 2012; 1 (1): 18. pmid: 23587118
56. 56. Хуанг С., Кан М., Сюй А. Гапломергеры: восстановление обеих гаплоидных подгрупп из сборки диплоидного генома с высокой гетерозиготностью. Биоинформатика. 2017; 33 (16): 2577–2579. pmid: 28407147
57. 57. Бетцер М., Хенкель К.В., Янсен Х.Дж., Батлер Д., Пировано В. Строим предварительно собранные контиги лесами с использованием SSPACE.Биоинформатика. 2011. 27 (4): 578–579. pmid: 21149342
58. 58. Ли Х, Дурбин Р. Быстрое и точное согласование короткого чтения с преобразованием Барроуза-Уиллера. Биоинформатика. 2009. 25 (14): 1754–1760. pmid: 19451168
59. 59. Маккенна А., Ханна М., Бэнкс Э., Сиваченко А., Цибульскис К., Керницкий А. и др. Набор инструментов для анализа генома: платформа MapReduce для анализа данных секвенирования ДНК следующего поколения. Genome Res. 2010. 20 (9): 1297–1303. pmid: 20644199
60. 60. Андерсон Дж. А., Черчилль Г. А., Аутриг Дж. Э., Танксли С. Д., Сорреллс Мэн.Оптимизация родительского отбора для карт генетического сцепления. Геном. 1993. 36 (1): 181–186. pmid: 18469981
61. 61. Лю К., Муза С.В. PowerMarker: интегрированная среда анализа для анализа генетических маркеров. Биоинформатика. 2005. 21 (9): 2128–2129. pmid: 15705655
62. 62. Perrier X, Jacquemoud-Collet JP. Программное обеспечение DARwin. 2006. Доступно на http://darwin.cirad.fr/.
63. 63. Причард Дж. К., Стивенс М., Розенберг Н. А., Доннелли П. Картирование ассоциаций в структурированных популяциях.Am J Hum Genet. 2000. 67 (1): 170–181. pmid: 10827107
64. 64. Kim YH, Park HM, Hwang TY, Lee SK, Choi MS, Jho S и др. Метод вариационной блочной геномики сельскохозяйственных культур. BMC Genomics 2014; 15: 477. pmid: 24929792
65. 65. Цзян П., Бурчински Ф., Кэмпбелл С., Пирс Г., Австрия Дж. А., Бриггс С.Дж. Содержание рутина и флавоноидов у трех видов гречихи Fagopyrum esculentum , F . tataricum и F . homotropicum и их защитное действие от перекисного окисления.Food Res Int. 2007. 40 (3): 356–364.
66. 66. Крефт С., Струкель Б., Габерчик А., Крефт И. Рутин в травах гречихи, выращенных при разных уровнях УФ-В излучения: сравнение двух УФ-спектрофотометрических данных и метода ВЭЖХ. J Exp Bot. 2002. 53 (375): 1801–1804. pmid: 12147730
67. 67. Мацуура Х., Инанага С., Мурата К. Различия в вегетативном росте между обыкновенной и татарской гречкой в ​​солевой гидропонной культуре. Plant Prod Sci. 2005. 8 (5): 533–538.
68. 68.Оуэнс Д.К., Алердинг А.Б., Кросби К.С., Бандара А.Б., Вествуд Д.Х., Винкель Б.С. Функциональный анализ предсказанного семейства генов флавонолсинтазы у Arabidopsis. Plant Physiol. 2008; 147: 1046–1061. pmid: 18467451
69. 69. Germ M, Brenznik B, Dolinar N, Kreft I., Gaberščik A. Комбинированный эффект ограничения воды и УФ-B излучения на гречневую крупу обыкновенную и винную. Cereal Res Commun. 2013. 41 (1): 97–105.
70. 70. Пандей В., Ниранджан А., Атри Н., Чандрашекхар К., Мишра М.К., Триведи П.К., Мисра П.Ген WsSGTL1 из Withania somnifera , модулирует профиль гликозилирования, антиоксидантную систему и придает трансгенному табаку устойчивость к биотическому и солевому стрессу. Planta. 2014. 239 (6): 1217–1231. pmid: 24610300
71. 71. Джексон Л., ван Нордвейк М., Бентссон Дж., Фостер В., Липпер Л., Пуллеман М. и др. Биоразнообразие и устойчивость сельского хозяйства: от оценки к адаптивному управлению. Curr Opin Environ Sustain. 2010; 2: 80–87.
72. 72. Вигуру Y, Барно А., Скарчелли Н., Тюйе А.Биоразнообразие, эволюция и адаптация культурных растений. C R Biol. 2011; 334: 450–457. pmid: 21640954
73. 73. Ахмед С., Петерс С.М., Лонг К.Л., Мейер Р., Уначукву У., Литт А. и др. Биоразнообразие и фитохимическое качество в местных и поддерживаемых государством системах управления чаем в Юньнани, Китай. Conserv Lett. 2013; 6: 28–36.
74. 74. Цюй Й, Чжоу Й, Ван З, Ван З, Ван П, Гао Дж и др. Анализ генетического разнообразия и структуры ресурсов татарской гречихи из регионов-производителей.Scientia Agricultura Sinica. 2016; 49 (11): 2049–2062.
75. 75. Тиан Д., Ван Ц., Чжан П., Араки Х., Ян С., Крейтман М. и др. Частота однонуклеотидных мутаций увеличивается ближе к вставкам / делециям у эукариот. Природа. 2008. 455: 105–108. pmid: 18641631
76. 76. ван дер Бизен Э.А., Фредди К. Т., Кан К., Паркер Дж. Э., Джонс Д. Д. Г.. Arabidopsis RPP4 является членом мультигенного семейства RPP5 генов TIR-NB-LRR и придает устойчивость к ложной мучнистой росе посредством множества компонентов передачи сигналов.Плант Дж. 2002; 29 (4): 439–451. pmid: 11846877
77. 77. Langlois-Meurinne M, Gachon CM, Saindrenan P. Чувствительная к патогену экспрессия генов гликозилтрансфераз UGT73B3 и UGT73B5 необходима для устойчивости к Psudomonas syringae pv томат в Arabidopsis. Plant Physiol. 2005. 139 (4): 1890–1901. pmid: 16306146
78. 78. Attaran E, Rostás M, Zeier J. Pseudomonas syringae вызывает выброс терпеноида (E, E) -4,8,12-триметнил-1,3,7,11-тридекатетраена в листьях Arabidopsis посредством передачи сигналов жасмонатом и экспрессия терпен-синтазы TPS4.Мол Растительный Микроб Взаимодействовать. 2008. 21 (11): 1482–1497. pmid: 18842097
79. 79. Ислам MS, Ван MH. Экспрессия белка-3, связывающего элемент, реагирующий на дегидратацию ( DREB3 ) при различных абиотических стрессах в томате. BMB Rep. 2009; 42 (9): 611–616. pmid: 19788864
80. 80. Беллуччи Э, Биточчи Э, Рау Д., Нанни Л., Феррадини Н., Джардини А. и др. Структура популяций староместных сортов ячменя и генетический поток современных сортов. PLoS ONE. 2013; 8 (12): e83891.pmid: 24386303
81. 81. Холлистер Дж. Д., Росс-Ибара Дж., Гаут Б. С.. Частота мутаций, связанных с Indel, зависит от системы спаривания у цветковых растений. Mol Biol Evol. 2010. 27 (2): 409–416. pmid: 19825943
82. 82. Лейшман М.Р., Вестоби М., Хурадо Э. Корреляты изменения размера семян: сравнение пяти флор умеренного пояса. J Ecol. 1995. 83 (3): 517–529.

Сравнительный клеточный, физиологический и транскриптомный анализы выявили потенциально легкий механизм шелушения рисовой гречневой крупы (Fagopyrum Tararicum) | BMC Plant Biology

Фенотипические и физиологические изменения

По сравнению с обычным сортом татарской гречихи «JQ» созревшая лузга рисово-татарской гречихи «XMQ» показала заметно пониженную механическую прочность, которая легко ломалась и осыпалась при трении рукой (Рис. .1а). Сканирующая электронная микроскопия показала, что на корпусе «XMQ» появилось много дефектов, которых не было на «JQ» (рис. 1b, c). Эти результаты показали, что более низкая механическая прочность корпуса «XMQ» способствовала его легкому шелушению, а признак легкости шелушения был переопределен как признак «хрупкий корпус». Для дальнейшего изучения того, была ли более низкая механическая прочность корпуса «XMQ» вызвана изменением состава корпуса, мы измерили содержание целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина в корпусе «XMQ», «JQ» и других трех обычных сортов татарской гречихи. («JJQ», «PQ» и «CQ»).Как показано на рис. 2, по сравнению с четырьмя нормальными сортами винной гречки, содержание целлюлозы в шелухе «XMQ» было значительно ниже, чем во всех протестированных обычных сортах винной гречихи, в то время как содержание гемицеллюлозы и лигнина в шелухе в «XMQ» было значительно ниже. ниже, чем у двух обычных винных сортов гречихи. Эти результаты свидетельствуют о том, что пониженное содержание целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина может способствовать хрупкости и легкости шелушения рисовой и винной гречихи, основной причиной чего может быть пониженное содержание целлюлозы.

Фенотипы зрелой оболочки семян XMQ и JQ. a Фенотипы зрелых семян XMQ и JQ после ручного лущения 10 раз. b Сканирующие электронные микрофотографии зрелых семян XMQ и JQ. c Сканирующие электронные микрофотографии зрелой оболочки семян XMQ и JQ

Содержание целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина в оболочке семян различных сортов винной гречихи. Значения представляли собой средние значения трех независимых биологических повторов, а столбцы с разными буквами представляли значимые различия ( P <0.05)

Динамическое изменение содержания целлюлозы и гемицеллюлозы и толщины корпуса в «XMQ» и «JQ»

Для исследования накопления целлюлозы и гемицеллюлозы во время развития корпуса, содержания целлюлозы и гемицеллюлозы в оболочке семян «XMQ» и «JQ» определялись на четырех различных этапах (рис. 3а). Как показано на рис. 3b, c, два сорта продемонстрировали сходную тенденцию в изменении содержания целлюлозы и гемицеллюлозы, которые устойчиво росли во время развития корпуса.Кроме того, значительная разница в содержании целлюлозы и гемицеллюлозы между двумя сортами начала наблюдаться при 10 DAP. Для дальнейшего понимания того, изменяется ли толщина канавы корпуса у двух сортов во время развития семян, был проведен анализ парафинового сечения, а толщина канавы корпуса была измерена в соответствии с результатами парафинового сечения (рис. 4). Толщина корпусной канавки «XMQ» значительно уменьшилась во время развития семян, в то время как толщина корпусной канавы «JQ» уменьшилась только на 10 DAP по сравнению с 5 DAP, и не наблюдалось очевидной разницы после 10 DAP (Рис.4б). Кроме того, толщина канавы корпуса «XMQ» была значительно ниже, чем у «JQ» на 15 и 20 DAP, хотя толщина его корпуса была явно выше, чем у «JQ» на 5 и 10 DAP (рис. 4b). . Просвечивающая электронная микроскопия также показала, что толщина клеточной стенки клеток склеренхимы корпуса «XMQ» была значительно меньше, чем у «JQ» (рис. 5). Эти результаты показали, что содержание целлюлозы, гемицеллюлозы и толщина канавки корпуса «XMQ» и «JQ» были динамическими и разными изменениями, и эти образцы корпуса можно было использовать для дальнейших анализов транскриптома.

Фенотипы семян ( a ), целлюлоза оболочки ( b ) и содержание гемицеллюлозы ( c ) в XMQ и JQ. Звездочки указывают на значительные различия (** P <0,01)

Микрофотографии сечения парафина семян ( a ) и толщины канавы корпуса ( b ) XMQ и JQ. Столбики с разными буквами представляли значимые различия ( P <0,05) у одной и той же разновидности на разных стадиях развития.Звездочки указывают на значительные различия (** P <0,01) между двумя разновидностями на одной и той же стадии развития

Анатомические особенности клеток склеренхимы в оболочке семян 15 DAP JQ и XMQ. a, и c, — микрофотографии клеточных стенок склеренхимы в трансмиссии JQ. b и d электронные микрофотографии стенок клеток склеренхимы в XMQ. e — толщина клеточной стенки клеток склеренхимы в JQ и XMQ.Звездочки указывают на существенные различия (** P <0,01) между JQ и XMQ

Транскриптомный анализ развития шелухи у сортов татарской гречихи

Чтобы понять динамику транскриптома во время развития корпуса, RNA-Seq анализирует корпус «XMQ». »И« JQ »были выполнены на четырех различных стадиях разработки (8 тканей, три независимых биологических повтора для каждой ткани, всего 24 образца). Всего 521,39 и 517,72 миллиона чистых чтений, в среднем 43.43 и 43,09 миллиона чистых чтений для каждого образца были сгенерированы для «XMQ» и «JQ» соответственно (дополнительный файл 1: таблица S1). От 85,84 до 92,74% чистых считываний были сопоставлены с эталонным геномом для каждого образца, из которых 64,54–73,47% были картированы однозначно. Всего 29 843 генных локуса, включая 28 465 известных и 1378 новых генных локусов, были сгенерированы из всех картированных чистых считываний 24 образцов с помощью анализов Cufflinks и Cuffmerge. PCC между биологическими репликами разных тканей изменилось с 0.От 90 до 0,99 (за исключением одной реплики J15 и J20 в «JQ» и одной реплики X15 в «XMQ», которые были отфильтрованы для дальнейшего анализа), что указывает на высокую надежность и воспроизводимость реплик (дополнительный файл 2: Рисунок S1 ).

Рассчитывали нормализованный уровень экспрессии (FPKM) для каждого гена, и гены с FPKM ≥0,1 считали экспрессированными. В общей сложности 27 955 генов, включая 26 589 известных и 1366 новых генов, были экспрессированы по крайней мере в одном образце. Среди них количество экспрессируемых генов в различных тканях изменилось с 23 575 (X20) до 25014 (X10) в «XMQ» и от 23 282 (J20) до 24 266 (J5) в «JQ» (дополнительный файл 2: рисунок S2a).Доля генов, представляющих очень высокую (FPKM ≥100), высокую (50 ≤ FPKM <100), умеренную (10 ≤ FPKM <50), низкую (2 ≤ FPKM <10) и очень низкую (0,1 ≤ FPKM <2) экспрессия была относительно сходной во всех тканях, за исключением ткани X20 (дополнительный файл 2: рисунок S2b). Кроме того, количество генов с очень низкой экспрессией (около 42%) и с умеренной экспрессией (около 30%) составляло две самые большие доли во всех тканях (дополнительный файл 2: рисунок S2b). Взятые вместе, эти анализы показали, что мы получили достаточный охват транскриптома оболочки развития у этих двух сортов татарской гречихи.

Сравнение транскриптомов развития корпуса у сортов винной гречихи выявило критические стадии различий в развитии корпуса.

Для исследования взаимосвязей между транскриптомами развития корпуса из «XMQ» и «JQ», HCA (дополнительный файл 2: Рисунок S3a) и PCA (дополнительный файл 2: рисунок S3b) были выполнены на основе средних значений FPKM для 27 955 генов, которые были экспрессированы по крайней мере в одном из восьми образцов ткани. В результате наблюдалась более высокая корреляция одной и той же стадии развития между двумя сортами, за исключением 20 DAP (Рисунок S3a).Анализ PCA показал, что X5 и J5 были сгруппированы вместе, в то время как между X10 и J10, X15 и J15, а также X20 и J20 наблюдалось четкое разделение (дополнительный файл 2: рисунок S3b), что свидетельствует о более высокой степени сходства транскрипционных программ между этими двумя сорта на 5 DAP и очевидные транскрипционные различия существовали на 10, 15 и 20 DAP. Кроме того, эти анализы также показали, что 10 DAP может быть критическим этапом для определения образования различий в оболочке между двумя сортами на молекулярном уровне.

Идентификация генов, которые специфически / предпочтительно экспрессируются на каждой стадии развития корпуса у обоих сортов

Гены, которые специфически / предпочтительно экспрессируются на каждой стадии развития корпуса у обоих сортов, были идентифицированы на основе алгоритма SS с оценкой SS ≥ 0,5. В общей сложности 6649 и 5918 специфических / предпочтительных генов были идентифицированы на всех четырех стадиях для «JQ» и «XMQ», соответственно. Среди этих генов 348 (5,2%) и 302 (5,1%) специфических / предпочтительных гена кодировались факторами транскрипции (TF).Количество специфичных для стадии / предпочтительных генов варьировало от 392 до 4613 для «JQ» и от 267 до 3959 для «XMQ» (рис. 6а). 5 DAP и 10 DAP имели наибольшее и наименьшее количество специфичных для стадии / предпочтительных генов, соответственно, для двух сортов (рис. 6a). Кроме того, высокая доля специфичных для стадии / предпочтительных генов была общей для обоих сортов, а гены, специфичные для сорта, также наблюдались на всех четырех стадиях двух сортов (рис. 6а). Тепловая карта всех этих стадийно-специфичных / преимущественно экспрессируемых генов у двух сортов татарской гречихи показана на рис.6б. Эти результаты показали, что каждая стадия развития корпуса имела свои собственные независимые и общие программы развития для обоих сортов, а также точно отражала накопление эндогенных мРНК в развитии корпуса двух сортов.

Предпочтительная / стадийно-специфическая экспрессия генов во время развития корпуса у XMQ и JQ. a Число специфических и общих, предпочтительно экспрессируемых генов в XMQ и JQ на каждой стадии развития. b Тепловая карта экспрессии преимущественно экспрессируемых генов на разных стадиях развития в XMQ и JQ. c Карта обогащения GO (биологический процесс) преимущественно экспрессируемых генов на 10 DAP развития корпуса в XMQ и JQ

Анализ обогащения онтологии генов (GO) был проведен для специфичных для стадии / предпочтительных генов двух сортов при каждый этап. Результаты обогащения биологического процесса показали, что 5 DAP развития корпуса были отмечены клеточным циклом и процессом клеточного биосинтеза (дополнительный файл 2: Рисунок S4), 10 DAP был значительно и специфически отмечен клеточной стенкой и метаболическим процессом фенилпропаноидов (Рис.6c), 15 DAP был главным образом отмечен «метаболизмом серы» (Дополнительный файл 2: Рисунок S5), а основной 20 DAP был вовлечен в метаболизм липидов, ответ на биотический и абиотический стресс и транспорт (Дополнительный файл 2: Рисунок S6). Эти результаты свидетельствуют о том, что эти специфичные для стадии / предпочтительные гены выполняли специфические для стадии функции во время развития шелухи винной гречихи, и 10 DAP был ключевым этапом в биогенезе детерминации клеточной стенки шелухи винной гречихи.

ДГЭ двух сортов гречневой крупы

Гены, экспрессия которых существенно различалась между «XMQ» и «JQ», были идентифицированы на каждой стадии развития шелухи.В общей сложности 9250 (включая 693 гена, кодирующие TF) и 4187 (294 гена, кодирующие TF) показали значительно более высокую и более низкую экспрессию на разных стадиях развития корпуса у «XMQ» по сравнению с «JQ», соответственно (рис. 7) . Между двумя сортами два наибольших числа DEG имели место при 20 DAP (5884) и 10 DAP (3916) (фиг. 7), в то время как наименьшее количество наблюдалось при 15 DAP. Кроме того, некоторые члены большинства семейств TF показали значительно различающееся выражение в «XMQ», а количество различных семейств TF показало очевидное различие, что означает, что они выполняли различные функции во время разработки корпуса (дополнительный файл 2: рисунок S7).

Различные гены экспрессии в XMQ по сравнению с JQ на разных стадиях развития корпуса. Пурпурное число представляет количество TF с повышенной и пониженной регуляцией.

Для дальнейшего исследования биологических функций этих DEG между «XMQ» и «JQ» были выполнены анализы обогащения GO. В общей сложности 159, 250, 92 и 161 биологический процесс были значительно обогащены ( P <0,05) на 5 DAP, 10 DAP, 15 DAP и 20 DAP, соответственно (дополнительный файл 1: Таблица S2).Среди них некоторые биологические процессы были особенно / обычно чрезмерно представлены на разных стадиях развития корпуса (Дополнительный файл 1: Таблица S2). Примечательно, что такие термины GO, как биогенез первичной клеточной стенки растительного типа (GO: 0009833), процесс метаболизма целлюлозы (GO: 0030243), процесс биосинтеза целлюлозы (GO: 0030244) и катаболический процесс целлюлозы (GO: 0030245), были уникально обогащены. при 5 DAP, тогда как метаболический процесс гемицеллюлозы (GO: 0010410) и модификация клеточной стенки (GO: 0042545) были специально обогащены на 10 DAP (дополнительный файл 1: Таблица S2).Кроме того, биогенез клеточной стенки (GO: 0042546) и расхождение плодов (GO: 0010047) были значительно обогащены на 5 DAP и 10 DAP (дополнительный файл 1: таблица S2). Эти результаты показывают, что 5 DAP и 10 DAP были ключевыми стадиями, которые определили разницу в шелухе между двумя сортами татарской гречихи.

Идентификация и оценка ключевых генов, участвующих в различии в скорлупе двух бульваров татарской гречихи, с помощью анализа коэкспрессии генов

Для исследования регуляторной сети генов (GRN) во время развития корпуса и определения ключевых генов, участвующих в различии в корпусе между « XMQ »и« JQ », 9549 генов, которые по-разному экспрессировались по крайней мере на одной стадии развития корпуса между двумя сортами, были использованы для выполнения WGCNA.Всего было идентифицировано 18 модулей (состоящих из 34–3317 генов) и помеченных разными цветами (рис. 8а). Корреляционный анализ этих модулей с содержанием целлюлозы и гемицеллюлозы показал, что модуль MEbrown показал более высокую корреляцию с содержанием целлюлозы (r = 0,8, p = 0,02) (дополнительный файл 2: рисунок S8). В этом модуле гены имели специфически высокую экспрессию в оболочке «JQ» на 20 DAP. На основании гомологичной аннотации в базе данных Arabidopsis TAIR не было обнаружено, что ген в этом модуле участвует в биосинтезе целлюлозы и клеточной стенки, что может быть вызвано видимой разницей в корпусе между двумя культурами, сформировавшимися при 20 DAP.Учитывая, что (1) легкое шелушение является рецессивным признаком, (2) жесткое шелушение является соответствующим доминирующим признаком и (3) 10 DAP было идентифицировано как ключевой этап формирования разницы между двумя сортами, мы предположили, что модуль с гены, которые проявляли специфически высокую экспрессию в «JQ» на 10 DAP, были ключевым модулем, участвующим в формировании различной оболочки двух сортов. В результате было обнаружено, что модуль MEred соответствует этим стандартам и состоит из 533 генов (рис. 8b).На основании гомологичной аннотации в базе данных Arabidopsis TAIR, в этом модуле было идентифицировано 28 TF, которые представляли 17 семейств TF. Все 28 TF были далее идентифицированы как центральные TF из-за высокосвязных узлов в этом модуле. Эти ТФ концентратора включали гомологи ТФ A. thaliana с известными функциями регуляции биосинтеза SCW, такие как регуляторы NAC первого уровня ( NST1 , NST2 и NST3 / SND1 ), второго — регулятор уровня ( MYB46 / MYB83 ) и регуляторы третьего уровня ( MYB54 , MYB103 , C3h24 и C3h25 ) (дополнительный файл 1: Таблица S3).Гомологи XND1 и VNI2 , двух NAC TFs, которые регулируют образование ксилемных сосудов, также были идентифицированы в этих центральных TF (фиг. 9, дополнительный файл 1: таблица S4). Кроме того, было обнаружено, что несколько других узловых ТФ гомологичны ТФ A. thaliana , которые участвуют в передаче сигналов этилена ( EIN3, , ERF71, и RAV ), биосинтезе гиббереллина ( ATh2 ), жасмоническом кислотная передача сигналов ( WRKY50 ) и множественные гормональные реакции ( MIF2 ).Примечательно, что в этом модуле также были идентифицированы 6, 12, 1 и 5 генов ферментов биосинтеза SCW (рис.9, дополнительный файл 1: таблица S3), которые были гомологами известных нижестоящих мишеней ТФ биосинтеза A. thaliana SCW (рис. NAC и MYB) и катализируемый биосинтез целлюлозы, биосинтез гемицеллюлозы, биосинтез пектина и биосинтез лигнина, соответственно. Среди этих генов ферментов четыре гена биосинтеза целлюлозы ( CESA4 , CESA7 , CESA8 и XTh32 ) и восемь генов биосинтеза гемицеллюлозы ( IRX8 , IRX9 , IRX14-L , IRX14-L , IRX14-L , GUX5 , TBL3 , TBL31 и TBL33 ) также были идентифицированы как гены-концентраторы в этом модуле (рис.9). Для сравнения, гены ферментов биосинтеза пектина и лигнина не были идентифицированы как гены-концентраторы в этом модуле (рис. 9).

Сеть коэкспрессии во время развития корпуса в XMQ и JQ. — Иерархическое дерево кластеризации (дендрограмма) всех различных генов экспрессии из XMQ и JQ на основе сетевого анализа коэкспрессии. b Идентифицированный модуль MEred со специфическими генами высокой экспрессии в оболочке JQ на 10 DAP

Сеть коэкспрессии генов из модуля MEred.Желтые, розовые и красные узлы представляют идентифицированные регуляторы первого, второго и третьего уровней биосинтеза SCW, соответственно. Зеленые узлы представляют идентифицированные структурные гены биосинтеза SCW. Узлы павлиньего синего цвета представляют другие идентифицированные TF концентраторов. Синие узлы представляли другие гены. Более крупные узлы указывали на гены-концентраторы, которые имели узлы с высокой степенью связи в этом модуле

Экспрессия наиболее идентифицированных генов-концентраторов TF и ​​генов ферментов биосинтеза SCW была значительно выше в «JQ», чем в «XMQ» при 5 DAP или 10 DAP. или оба 5 DAP и 10 DAP (Дополнительный файл 1: Таблица S4, Дополнительный файл 1: Таблица S5), что согласуется с приведенными выше результатами обогащения GO и снова предполагает, что ранние стадии разработки корпуса были ключевыми в определении разницы в корпусе между двумя сортами гречихи по-татарски.Экспрессия 17 идентифицированных генов, связанных с SCW, включая 7 регуляторных генов и 10 генов ферментов, была дополнительно подтверждена как очень похожая (r ≥ 0,78) на экспрессию, наблюдаемую в данных RNA-seq с помощью анализов RT-qPCR (рис. 10). Это указывало на надежность транскриптомных данных и выявленных генов, обусловивших различие в скорлупе двух сортов татарской гречихи. Для дополнительной проверки того, что различная экспрессия этих идентифицированных генов биосинтеза SCW на ранних стадиях развития шелухи была причиной образования разницы между рисом и винной гречкой и нормальной винной гречкой, экспрессией регуляторов первого слоя ( NST1 , NST2 и SND1 / NST3 ) биосинтеза SCW тестировали в лузге трех других нормальных сортов татарской гречихи.Как показано на рис. 11, все три гена показали наивысшую экспрессию у нормальных сортов винной гречихи при 10 DAP, а значительно различающаяся экспрессия (кратное изменение> 2) между сортами «XMQ» и нормальной винной гречихой наблюдалась как при 5 DAP, так и 10 DAP. Это предполагает, что различная экспрессия этих генов биосинтеза SCW на ранних стадиях развития шелухи была основной причиной различий в шелухе между рисово-винной гречкой и нормальной винной гречкой.

Корреляция между профилями экспрессии идентифицированных генов биосинтеза SCW. Изменение кратности экспрессии генов использовали для построения тепловых карт. J5 использовался в качестве контроля. Левая тепловая карта представляет RNA-seq, а правая тепловая карта представляет RT-qPCR

Экспрессия регуляторных генов первого уровня биосинтеза SCW в шелухах различных сортов винной гречихи

Анализ промотора «In silico» ТФ-концентраторов и ферментных генов, участвующих в биосинтезе SCW, выявили наличие сайтов связывания SCW-связанных TF

Цис-элементы связывания SCW-связанных TF цис-элементов SNBE (связывание NAC) [22] и SMRE (связывание MYB) [23] были исследовали промоторные последовательности девяти SCW-связанных ТФ ( NST1 , NST2 , SND1 / SNT3 , MYB54 , MYB46 / MYB83 , MYB103 (2), C3h24 (2), C3h24 и C3h25 ), четыре гена ферментов, связанных с биосинтезом целлюлозы ( CESA4 , CESA7 , CESA8 и XTh32 ), восемь генов ферментов, связанных с биосинтезом гемицеллюлозы ( IRX8 , IRX9 , IRX14-L , GXM1 , GUX5 , TBL3 , TBL31 и TBL33 ) и другие 19 идентифицированных узловых TF.В результате цис-элементы SNBE и SMRE представлены в промоторных последовательностях почти всех SCW-связанных ТФ и генов ферментов (Таблица 1). Кроме того, большое количество цис-элементов SNBE также было обнаружено в промоторных последовательностях других 19 узловых ТФ, в то время как цис-элементы SMRE не отображались в этих центральных ТФ (таблица 1). Из-за этиленового ответа EIN3 TF был обнаружен в центральных TF, и было продемонстрировано, что он играет решающую регуляторную роль во многих процессах развития [24], поэтому мы дополнительно исследовали цис-элемент, связывающий EIN3, в промоторных последовательностях вышеуказанных генов.Как показано в таблице 1, цис-элемент, связывающий EIN3, появился в промоторных последовательностях 33 из 40 генов, в которых наибольшее количество связывающих EIN3 цис-элементов было обнаружено в регуляторах NAC первого уровня биосинтеза SCW ( NST1 , NST2 и NST3 / SND1 ) (15, 15 и 9) и регулятор формирования ксилемных сосудов XND1 (11), предполагая, что EIN3 может быть прямым регулятором восходящего потока регуляторы NAC первого уровня биосинтеза SCW.

Социальное и экологическое влияние на татарскую гречиху (Fagopyrum tataricum Gaertn.) сортовое разнообразие в Юньнани, Китай