Citrullus lanatus

1 Wprowadzenie

Rodzina dyniowatych, zwana również dyniowatymi, składa się z cennych gospodarczo roślin, takich jak Cucumis sativus L. (ogórek), Cucumis melo L. (melon), Citrullus lanatus (arbuz), Lagenaria siceraria (calabash) i Cucurbita spp. (squash i dynia). W sumie w tej rodzinie znajduje się 98 rodzajów i około 975 gatunków. Gatunek ten wykorzystywany jest głównie do celów spożywczych i leczniczych. Światowa produkcja dyniowatych (w tym owoców, warzyw i nasion) wyniosła około 233 mln ton, które w 2014 r.uprawiano na 10 mln ha ziemi (http://faostat.fao.org). Ponieważ wykazują dużą różnorodność ekspresji płci i zdarzeń sygnalizacyjnych na duże odległości, członkowie rodziny Cucurbitaceae są uważani za organizmy modelowe i zostali wybrani do określania płci (Tanurdzic and Banks, 2004) oraz do badań biologii naczyniowej roślin (Lough and Lucas, 2006). Genom ogórka był pierwszym zsekwencjonowanym genomem wśród członków rodziny dyniowatych (Huang et al., 2009), a jego genom stał się siódmym ukończonym projektem genomu roślin wśród roślin modelowych, w tym Arabidopsis thaliana, topoli, winorośli, papai, ryżu i sorgo (Baloglu et al., 2014). Drugi i trzeci zakończone projekty sekwencjonowania genomu należą do melon(Garcia-Mas et al., 2012) i arbuz (Guo et al., 2013). W 2013 r.ponownie zsekwencjonowano 115 linii ogórka i genomy dzikiego ogórka w celu porównania. W tym badaniu podkreślono ewolucję i udomowienie ogórka (Qi et al., 2013). Badania te są kamieniem milowym w genomice rodziny Cucurbitaceae. Ponadto istnieją również badania związane z genotypowaniem polimorfizmu pojedynczego nukleotydu (SNP) i mapowaniem cech ilościowych locus (QTL). Są to przykłady takich badań. Dynia, znana również jako Dynia zimowa, to kolejny członek rodziny dyniowatych, którego mapa genetyczna o wysokiej gęstości została wyprodukowana przy użyciu sekwencji genomu (Zhang et al.,2015b). Częściowe sekwencjonowanie genomu calabash (tykwa butelkowa) zostało zakończone w 2011 roku (Xu et al., 2011). Mapa genetyczna oparta na SNP została skonstruowana dla dyniowatych (Cucurbita pepo), która należy do rodziny dyniowatych. Za pomocą platformy Illumina GoldenGate przeprowadzono również analizę QTL (Esteras et al., 2012).

pierwszy ukończony projekt genomu rodziny Cucurbitaceae należy do rośliny ogórka. Siedem chromosomów ogórka zostało zsekwencjonowanych przy użyciu kombinacji dwóch technik, w tym konwencjonalnego sekwencjonowania Sangera i sekwencjonowania Illumina nowej generacji w kultywarze ogórka C. sativus var. sativus L., znany jako Chiński długi inbred linii 9930 (Huang et al., 2009). Chociaż uzyskano wysoki zasięg genomu (około 72,2-krotnie), zidentyfikowano tylko niewielką ilość genów z powodu ograniczonych informacji o duplikacjach całego genomu i tandemów w tym czasie. Przewidywano około 26 682 genów w zmontowanym genomie ogórka, który miał 243,5 Mb długości. Według analizy cytometrii przepływowej izolowanych jąder rzeczywisty rozmiar genomu ogórka obliczono na 367 Mb długości (Arumuganathan and Earle, 1991). Dlatego zmontowany Genom ogórka jest prawie 30% mniejszy niż jego rzeczywisty rozmiar genomu. Do przewidywania genów zastosowano różne metody, w tym cDNA-EST, oparte na homologii i ab initio. Około 82% genów zostało sklasyfikowanych funkcjonalnie lub ich homologi zostały znalezione w powiązanych bazach danych, takich jak TrEMBL i InterPro. Ponadto zidentyfikowano cząsteczki RNA, takie jak rybosomalny RNA, transferowy RNA, mały nuklearny RNA, mały jądrowy RNA i geny microRNA (miRNA). Przewidywano około 15 669 rodzin genów. Łącznie 4362 i 3784 rodziny należą odpowiednio do rodziny ogórkowatej i rodziny jednojajowej. Najwyższy wskaźnik syntenii zaobserwowano między ogórkiem a papają z 9842 blokami syntenicznymi. Ponadto Arabidopsis, Topola, winorośl i ryż wykazywały syntezę z ogórkiem. Wyniki te korelują również z odległościami filogenetycznymi tych roślin do ogórka. Ogórek i melon znajdują się w tym samym rodzaju. Chociaż ogórek, melon i arbuz należą do tej samej rodziny, w sumie chromosomy 7, 12 i 11 znajdują się odpowiednio w ogórku, melonie i arbuzie. Na chromosomach ogórka umieszczono łącznie 348 markerów melona i 136 arbuzów. Na podstawie badań ewolucji chromosomów stwierdzono, że niektóre rearanżacje intrachromosomów miały miejsce i reorganizacja prawdopodobnie nastąpiła przed odchyleniem ogórka i melona.

Melon to drugie Dyniowate, których genom został zsekwencjonowany (Garcia-Mas et al., 2012). Jako kultywar melonowy, homozygotyczna linia dhl92 double-haploid została wybrana do 454 pirosekwencji. W projekcie sekwencjonowania melonów zastosowano całą strategię strzelby genomowej. Wielkość zmontowanego genomu wynosiła około 375 Mb, co stanowi 83,3% genomu melonowego. Przewidywano łącznie 27 427 regionów kodujących białka. Wyczerpująca adnotacja genów została przeprowadzona przy użyciu automatycznego rurociągu, który umożliwia dokładną identyfikację sygnatur białek, grup ortologicznych i szlaków metabolicznych. W genomie melona przewidywano geny 411R, zwane także genami oporności na choroby. Zostały one sklasyfikowane w swoich funkcjach i domenach. Niektóre z nich zawierały miejsce wiązania nukleotydów i powtórzenia bogate w leucynę (NBS-LRR) oraz receptory Toll interleukiny, które zapewniają kanoniczną odporność na choroby białek cytoplazmatycznych. Reszta została sklasyfikowana jako receptory przezbłonowe, w tym kinazy podobne do receptorów (RLK), kinazy i białka podobne do receptorów. Oprócz genów R zidentyfikowano niektóre geny związane z jakością owoców, smakiem, aromatem i aromatem. Geny te były związane głównie z gromadzeniem się cukru i karotenoidów, które bezpośrednio wpływają odpowiednio na charakterystyczny słodki smak i kolor miąższu melonów. Zbadano synteniczne relacje między melonem a ogórkiem i znaleziono przodków pięć chromosomów melona z chromosomami ogórka z kilkoma rearanżacjami między-i intrachromosomowymi (Huang et al., 2009; Li et al., 2011a). W badaniu sekwencjonowania genomu melona badano również związki synteniczne między melonem a ogórkiem. W tym celu oba genomy zostały wyrównane. W tym badaniu po raz pierwszy zaobserwowano, że uzyskano duży poziom syntenii w wyższej rozdzielczości między genomami melona i ogórka, co zapewnia łatwe wykrywanie małych obszarów w chromosomach. Wymaga to jednak identyfikacji i oczyszczenia fizycznych map i sekwencjonowania innych członków dyniowatych, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat ewolucji genomu rodziny dyniowatych (Cucurbitaceae).