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Jul 30, 2023

Torreya grandis 게놈은 겉씨식물의 기원과 진화를 밝힙니다

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Nature Communications 14권, 기사 번호: 1315(2023) 이 기사 인용

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토레야(Torreya) 식물은 다양한 기능을 지닌 건조 과일을 생산합니다. 여기에서는 T. grandis의 19-Gb 염색체 수준 게놈 어셈블리를 보고합니다. 게놈은 고대의 전체 게놈 복제와 재발성 LTR 레트로트랜스포존 폭발에 의해 형성됩니다. 비교 게놈 분석을 통해 생식 기관 발달, 세포벽 생합성 및 종자 저장과 관련된 주요 유전자가 밝혀졌습니다. C18 Δ9-신장효소 및 C20 Δ5-불포화효소를 암호화하는 두 유전자는 스키아돈산 생합성을 담당하는 것으로 확인되었으며 둘 다 속씨식물을 제외한 다양한 식물 계통에 존재합니다. 우리는 Δ5-불포화효소의 히스티딘이 풍부한 상자가 촉매 활성에 중요하다는 것을 보여줍니다. 메틸롬 분석에 따르면 T. grandis 종자 게놈의 메틸화 계곡에는 세포벽 및 지질 생합성을 포함한 중요한 종자 활동과 관련된 유전자가 있음이 밝혀졌습니다. 더욱이 종자 발달에는 에너지 생산에 연료를 공급할 수 있는 DNA 메틸화 변화가 동반됩니다. 이 연구는 중요한 게놈 자원을 제공하고 육상 식물에서 스키아돈산 생합성의 진화 메커니즘을 설명합니다.

속씨식물과 겉씨식물로 구성된 종자식물의 출현은 육상 식물의 진화와 지구 환경 변화에 있어서 중요한 사건이었습니다. 속씨식물과 겉씨식물은 Lower Mississippian1에서 갈라졌고, 이어서 현화식물이 급속히 방사되어 지구상에 약 352,000종이 현존하게 되었으며 겉씨식물은 1000종만 존재했습니다. 피자식물과 겉씨식물 사이에는 다양한 형태학적/해부학적 다양성과 대사 다양성이 있지만 근본적인 유전적 및 생화학적 메커니즘은 대체로 파악하기 어렵습니다2,3.

주목과(Taxaceae)의 작은 속에 속하는 겉씨식물 종인 Torreya grandis는 목재, 약, 식용 종자 및 기름을 제공하는 유용한 다목적 나무입니다4(그림 1a). T. grandis를 약용으로 사용한 믿을 만한 최초의 기록은 중국 삼국 시대의 약초고전에 나타나며 서기 5세기 초로 거슬러 올라갑니다. T. grandis는 독특한 풍미와 유익한 성분으로 인해 중국에서 수천 년 동안 식품으로 사용되어 온 식용 종자를 가진 탁과의 유일한 종입니다5,6. 오일은 평균 45.80~53.16%7의 T. grandis 씨앗이 풍부합니다. 메틸렌이 중단되지 않은 Ω6 지방산인 Sciadonic acid(SCA)는 커널 오일의 지방산 구성의 주요 구성 요소 중 하나로 발견되었습니다7. SCA는 인간 건강에 긍정적인 영향을 미치며 염증 감소, 중성지방 감소, 혈전 예방 및 지질 대사 조절 기능을 합니다8,9,10. SCA의 생산은 겉씨식물의 다양한 계통과 소수의 조류 및 양치류에서 발견되었습니다11. 그러나 SCA는 일반적으로 몇 가지 하위 진핵식물(예: 미나리과)12을 제외하고 현화 식물에는 존재하지 않으므로 녹색 식물에서의 기원과 진화에 대한 수수께끼가 남아 있습니다.

T. grandis의 나무와 과일 세트. 하단 패널에는 가공된 건조 종자와 식용 부분(배유)이 표시됩니다. b T. grandis 게놈과 염색체에 의해 암호화된 게놈 특징의 Circos 플롯. 각 기능은 염색체 전체의 10Mb 창을 기반으로 계산되었습니다. 색깔 있는 별은 염색체의 5'-(녹색) 또는 3'-말단(주황색)에 텔로미어 서열이 있음을 나타냅니다. c LTR-RT 삽입 시간 분포. 왼쪽 패널에는 Gypsy 및 Copia 과의 모든 구성원이 표시되고 가장 풍부한 하위 6개 하위 과가 오른쪽 패널에 표시됩니다. d T. grandis, Sequoiadendron giganteum, Ginkgo biloba 및 Gnetum montanum 간의 직교의 Ks 분포. T. grandis의 Ks개의 파라로그는 Guassian 혼합 모델에 적합했으며 추정되는 고대 WGD가 표시됩니다. e T. grandis, G. biloba 및 G. montanum의 게놈 사이의 미세 공선 성. 소스 데이터는 소스 데이터 파일로 제공됩니다.