Пангеномное исследование <i>Theobroma cacao</i> : новые данные о разнообразии состава генов и отборе в процессе одомашнивания
Pangenomic exploration of <i>Theobroma cacao</i> : New Insights into Gene Content Diversity and Selection During Domestication
Argout X, Droc G, Fouet O, Rouard M, Labadie K, Rhoné B, Rey Loor G, Lanaud C
Аннотация (перевод)
Дерево какао ( Theobroma cacao L.) является важнейшей товарной культурой и важным источником дохода для миллионов фермеров в Африке, Азии и Латинской Америке. Однако фермеры, выращивающие какао, и страны-производители сталкиваются с многочисленными проблемами, включая борьбу с вредителями и болезнями, устойчивое производство в условиях угрозы изменения климата и диверсификацию вкусо-ароматических профилей какао. Решение этих сложных задач требует более глубокого понимания существующего генетического разнообразия вида. Тем не менее, о внутривидовой вариации состава генов известно крайне мало. В этом исследовании мы использовали геномы 216 образцов T. cacao (включая 185 заново секвенированных), охватывающих широкое генетическое разнообразие вида, для построения первого пангенома дерева какао. В результате мы предсказали в общей сложности 30,489 пан-генов, обогатив референсный геном Criollo 1,407 новыми генами. Наш анализ показал, что лишь небольшая часть этих генов (9.2%) является факультативной, отсутствуя у отдельных особей. Однако эти гены могут представлять собой ценный ресурс для селекционных программ, направленных на повышение устойчивости вида к болезням. Мы использовали этот новый пангеномный ресурс, чтобы понять, как процессы диверсификации и одомашнивания повлияли на геномную изменчивость внутри вида. Примечательно, что мы наблюдали существенную потерю генов внутри одомашненной генетической группы Criollo. Кроме того, мы обнаружили свидетельства того, что процессы одомашнивания оказали влияние на жизнеспособность и устойчивость к болезням образцов Criollo. Таким образом, наше исследование внесло вклад в лучшее понимание геномного разнообразия дерева какао. Эти результаты открывают новые возможности для биологических открытий и селекции, способствуя решению проблем, с которыми сталкиваются фермеры, выращивающие какао, и страны-производители.
Оригинальная аннотация
The Cacao tree ( Theobroma cacao L.) is a major cash crop and an important source of income for millions of farmers across Africa, Asia and Latin America. However, cacao farmers and producing countries are facing multiple challenges including pest and disease management, sustainable production under threat of climate changes and diversification of cocoa flavor profiles. Addressing these challenging requires a deeper understanding of the existing genetic diversity of the species. Yet, very little is known about the intraspecific gene content variation. In this study, we used the genome of 216 accessions of T. cacao (including 185 newly re-sequenced) covering a broad genetic diversity of the species to construct the first pan-genome of the cacao tree. As a result, we predicted a total of 30,489 pan-genes, enriching the reference Criollo genome with 1,407 new genes. Our analysis revealed that only a small fraction of these genes (9.2%) is dispensable, being absent in some individuals. However, these genes could represent a valuable resource for breeding efforts aimed at improving disease resistance in the species. We used this new pangenome resource to gain insights into how diversification and domestication processes have influenced genomic variability within the species. Notably, we observed a significant loss of genes within the domesticated Criollo genetic group. Furthermore, we found evidences suggesting that domestication processes have had an impact on the vigor and disease tolerance of Criollo accessions. In summary, our research has contributed to a better understanding of the cacao tree’s genome diversity. These findings offer new avenues for biological discovery and breeding, ultimately addressing the challenges faced by cacao farmers and producing countries.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/f377bbda-c8cf-4fcb-b27e-6ed555ef5cd5
DOI: 10.1101/2023.11.03.565324