Citrullus lanatus

1 Úvod

Cucurbitaceae rodina, také volal tykvovité, se skládá z ekonomicky cenných rostlin, jako je Cucumis sativus L. (okurka), Cucumis melo L. (meloun), Citrullus lanatus (meloun), lagenaria siceraria (calabash), a Cucurbita spp. (squash a dýně). V této čeledi se vyskytuje celkem 98 rodů a asi 975 druhů. Tento rodinný druh se používá hlavně pro potravinářské a léčebné účely. Globální produkce tykvovitých (včetně ovoce ,zeleniny a semen) činila přibližně 233 milionů tun, které byly v roce 2014 vypěstovány na 10 milionech ha půdy (http://faostat.fao.org). Vzhledem k tomu, že vykazují vysokou rozmanitost exprese pohlaví a signalizačních událostí na dlouhé vzdálenosti, jsou členové čeledi Cucurbitaceae považováni za modelové organismy a byli vybráni pro určení pohlaví (Tanurdzic a Banks, 2004) a studie rostlinné vaskulární biologie (Lough a Lucas, 2006). Okurkový genom byl prvním sekvenovaným genomem mezi členy rodiny tykvovitých (Huang et al ., 2009) a jeho genom se stal sedmým dokončeným projektem genomu rostlin mezi modelovými rostlinami včetně Arabidopsis thaliana, topol, vinná réva, papája,rýže a čirok (Baloglu et al., 2014). Druhý a třetí dokončené projekty sekvenování genomu patří melounu (Garcia-Mas et al., 2012) a meloun (Guo et al., 2013), resp. V roce 2013 bylo pro srovnání opět sekvenováno 115 okurkových linií a genomů divokých okurek. V této studii byla zdůrazněna evoluce okurek a domestikace (Qi et al ., 2013). Tyto studie jsou milníkem v genomice čeledi Cucurbitaceae. Dále existují také některé studie týkající se genotypizace jednonukleotidového polymorfismu (SNP) a kvantitativního mapování lokusů (QTL). Toto jsou příklady takových studií. Dýně, známá také jako zimní squash, je dalším členem rodiny tykvovitých, jehož genetická mapa s vysokou hustotou byla vytvořena pomocí genomových sekvencí (Zhang et al ., 2015b). Částečné sekvenování genomu tykve (tykev z láhve) bylo dokončeno v roce 2011 (Xu et al ., 2011). Genetická mapa založená na SNP byla vytvořena pro letní squash (Cucurbita pepo), který je členem rodiny cucurbits. Pomocí platformy Illumina GoldenGate byla také provedena analýza QTL (Esteras et al., 2012).

první dokončený projekt genomu čeledi Cucurbitaceae patří do rostliny okurky. Sedm chromozomů okurky bylo sekvenováno kombinací dvou technik včetně konvenčního sekvenování Sanger a sekvenování Illumina příští generace v kultivaru okurky C. sativus var. sativus L., známý jako Čínská dlouhá inbrední linie 9930 (Huang et al., 2009). Přestože bylo dosaženo vysokého pokrytí genomem (asi 72,2 krát), bylo identifikováno pouze malé množství genů, protože v té době byly omezené informace o celém genomu a tandemových duplikacích. Přibližně 26 682 genů bylo předpovězeno v sestaveném genomu okurky, který měl délku 243,5 Mb. Podle průtokové cytometrické analýzy izolovaných jader byla skutečná velikost genomu okurky vypočtena jako délka 367 Mb (arumuganathan a Earle, 1991). Proto je sestavený genom okurky téměř o 30% menší než jeho skutečná velikost genomu. Pro predikci genů byly použity různé metody včetně cDNA-EST, homologie založená a ab initio. Asi 82% genů bylo funkčně klasifikováno nebo jejich homologové byli nalezeni v souvisejících databázích, jako jsou TrEMBL a InterPro. Dále byly identifikovány molekuly RNA, jako je ribozomální RNA, přenosová RNA, malá nukleolární RNA, malá jaderná RNA a mikroRNA (miRNA) geny. Bylo předpovězeno asi 15 669 genových rodin. Celkem 4362 A 3784 rodin patří do jedinečných rodin okurek a rodin s jedním genem. Nejvyšší míra synteny byla pozorována mezi okurkou a papájou s 9842 syntenickými bloky. Kromě toho Arabidopsis, topol, vinná réva a rýže vykazovaly synteny s okurkou. Tyto výsledky také korelují s fylogenetickými vzdálenostmi těchto rostlin od okurky. Okurka a meloun se nacházejí ve stejném rodu. Ačkoli okurka, meloun a meloun patří do stejné rodiny, celkem 7, 12 a 11 chromozomů se nachází v okurce, melounu a melounu. Na chromozomech okurky bylo uspořádáno celkem 348 melounových a 136 melounových markerů. Na základě studií chromozomální evoluce se dospělo k závěru, že došlo k určitým intrachromosomovým přeskupením a pravděpodobně došlo k reorganizaci před odchylkou okurky a melounu.

meloun je druhý tykvovité, jehož genom byl sekvenován (Garcia-Mas et al., 2012). Jako kultivar melounu byla vybrána homozygotní DHL92 double-haploidní linie pro 454 pyrosekvencí. Na projekt sekvenování melounu byla použita celá genomová brokovnice. Velikost sestaveného genomu byla asi 375 Mb, což představuje 83,3% genomu melounu. Bylo předpovězeno celkem 27 427 oblastí kódujících proteiny. Vyčerpávající genová anotace byla provedena pomocí automatického potrubí, které umožňuje přesnou identifikaci proteinových podpisů, ortologických skupin a metabolických drah. V genomu melounu byly předpovězeny 411r-geny, nazývané také geny rezistence na onemocnění. Byly klasifikovány ve svých funkcích a doménách. Některé z nich obsahovaly vazebné místo nukleotidů a replikaci bohatou na leucin (NBS-LRR) a Toll interleukinové receptorové domény, které poskytují kanonickou rezistenci na cytoplazmatické proteiny. Zbytek byl klasifikován jako transmembránové receptory, včetně receptorových kináz (RLK), kináz a receptorových proteinů. Kromě R-genů byly identifikovány některé geny související s kvalitou ovoce, chutí, chutí a vůní. Tyto geny byly spojeny hlavně s akumulací cukru a karotenoidů, které přímo ovlivňují charakteristickou sladkou chuť a barvu masa melounů. Byly zkoumány syntenické vztahy mezi melounem a okurkou a bylo nalezeno pět chromozomových zápasů předků melounu s chromozomy okurky s několika inter-a intrachromosomovými přeskupeními (Huang et al ., 2009; Li et al., 2011a). Ve studii sekvenování genomu melounu byly také zkoumány syntenické vztahy mezi melounem a okurkou. Za tímto účelem byly oba genomy zarovnány. V této studii bylo poprvé pozorováno, že byla získána velká úroveň synteny při vyšším rozlišení mezi genomy melounu a okurky, což umožňuje snadnou detekci malých oblastí v chromozomech. K získání podrobných informací o vývoji genomu čeledi Cucurbitaceae však vyžaduje identifikaci a čištění fyzických map a sekvenování dalších členů tykvovitých.