Citrullus lanatus

1 Introducere

familia Cucurbitaceae, numită și cucurbitacee, este compusă din plante valoroase din punct de vedere economic, cum ar fi Cucumis sativus L. (castravete), Cucumis melo L. (pepene galben), Citrullus lanatus (pepene verde), Lagenaria siceraria (calabash) și Cucurbita spp. (squash și dovleac). Un total de 98 de genuri și aproximativ 975 de specii se găsesc în această familie. Această specie familială este utilizată în principal în scopuri alimentare și medicinale. Producția globală de cucurbite (inclusiv fructe, legume și semințe) a fost de aproximativ 233 milioane de tone, care au fost cultivate în 10 milioane ha de teren în 2014 (http://faostat.fao.org). Deoarece prezintă o mare diversitate de exprimare sexuală și evenimente de semnalizare pe distanțe lungi, membrii familiei Cucurbitaceae sunt considerați organisme model și au fost selectați pentru determinarea sexului (Tanurdzic și Banks, 2004) și studii de biologie vasculară a plantelor (Lough și Lucas, 2006). Genomul castraveților a fost primul genom secvențiat în rândul membrilor familiei cucurbitelor (Huang și colab., 2009) și genomul său a devenit al șaptelea proiect finalizat al genomului plantelor printre plantele model, inclusiv Arabidopsis thaliana, plop, viță de vie, papaya, orez și sorg (Baloglu și colab., 2014). Al doilea și al treilea proiect de secvențiere a genomului finalizat aparțin melonului (Garcia-Mas și colab., 2012) și pepene verde (Guo și colab., 2013), respectiv. În 2013, 115 linii de castraveți și genomi de castraveți sălbatici au fost din nou secvențiate pentru comparație. În acest studiu, evoluția și domesticirea castraveților au fost evidențiate (Qi și colab., 2013). Aceste studii sunt o piatră de hotar în genomica familiei Cucurbitaceae. Mai mult, există, de asemenea, unele studii legate de genotiparea polimorfismului nucleotidic unic (SNP) și cartografierea locusului cantitativ al trăsăturilor (QTL). Acestea sunt exemple de astfel de studii. Dovleacul, cunoscut și sub numele de dovlecel de iarnă, este un alt membru al familiei cucurbitelor a cărui hartă genetică de înaltă densitate a fost produsă folosind secvențe de genom (Zhang și colab., 2015b). Secvențierea parțială a genomului calabash (tărtăcuță de sticlă) a fost finalizată în 2011 (Xu și colab., 2011). O hartă genetică bazată pe SNP a fost construită pentru squash de vară (Cucurbita pepo), care este un membru al familiei cucurbitelor. Folosind o platformă Illumina GoldenGate, a fost efectuată și analiza QTL (Esteras și colab., 2012).

primul proiect genomic finalizat al familiei Cucurbitaceae aparține plantei de castraveți. Șapte cromozomi de castravete au fost secvențiate folosind o combinație de două tehnici, inclusiv secvențierea Sanger convențională și secvențierea Illumina de generație următoare în soiul de castraveți C. sativus var. sativus L., cunoscută sub numele de linia consangvină lungă Chineză 9930 (Huang și colab., 2009). Deși a fost obținută o acoperire ridicată a genomului (de aproximativ 72,2 ori), doar o cantitate mică de gene a fost identificată din cauza informațiilor limitate despre întregul genom și duplicările tandemului la acel moment. Aproximativ 26.682 de gene au fost prezise în genomul asamblat de castravete, care avea o lungime de 243,5 Mb. Conform analizei citometriei în flux a nucleelor izolate, dimensiunea reală a genomului de castravete a fost calculată ca 367 Mb în lungime (Arumuganathan și Earle, 1991). Prin urmare, genomul asamblat de castravete este cu aproape 30% mai mic decât dimensiunea reală a genomului. Pentru predicția genelor, au fost utilizate diferite metode, inclusiv ADNc-EST, omologie bazată și ab initio. Aproximativ 82% din gene au fost clasificate funcțional sau omologii lor au fost găsiți în baze de date conexe, cum ar fi TrEMBL și InterPro. Mai mult, au fost identificate molecule de ARN, cum ar fi ARN ribozomal, ARN de transfer, ARN nucleolar mic, ARN nuclear mic și gene microARN (miARN). Aproximativ 15.669 de familii de gene au fost prezise. Un total de 4362 și 3784 de familii aparțin familiilor unice de castraveți și, respectiv, familiilor cu o singură genă. Cea mai mare rată de synteny a fost observată între castravete și papaya cu 9842 blocuri syntenice. În plus, Arabidopsis, plop, viță de vie și orez au prezentat synteny cu castravete. Aceste rezultate se corelează, de asemenea, cu distanțele filogenetice ale acestor plante la castravete. Castraveții și pepenele galben se găsesc în același gen. Deși castravetele, pepene galben și pepene verde aparțin aceleiași familii, un total de 7, 12 și 11 cromozomi se găsesc în castraveți, pepene galben și, respectiv, pepene verde. Un total de 348 de markeri de pepene galben și 136 de pepene verde au fost aranjați pe cromozomii de castraveți. Pe baza studiilor de evoluție cromozomială, s-a ajuns la concluzia că au avut loc unele rearanjări intracromozomale și reorganizarea a avut loc probabil înainte de abaterea castraveților și pepenilor.

pepenele galben este al doilea cucurbit al cărui genom a fost secvențiat (Garcia-Mas și colab., 2012). Ca soi de pepene galben, linia homozigotă DHL92 dublu-haploidă a fost selectată pentru 454 pirosecvențe. O întreagă strategie de pușcă a genomului a fost aplicată proiectului de secvențiere a pepenilor. Dimensiunea genomului asamblat a fost de aproximativ 375 Mb, ceea ce reprezintă 83,3% din genomul pepenei. Un total de 27.427 de regiuni de codificare a proteinelor au fost prezise. Adnotarea genică exhaustivă a fost efectuată utilizând o conductă automată care permite identificarea exactă a semnăturilor proteice, a grupurilor de ortologie și a căilor metabolice. În genomul pepenei, au fost prezise genele 411r, numite și gene de rezistență la boli. Acestea au fost clasificate în funcțiile și domeniile lor. Unele dintre ele conțineau situsul de legare a nucleotidelor și repetarea bogată în leucină (NBS-LRR) și toll interleukin receptor domenii, care oferă rezistență canonică la boli pentru proteinele citoplasmatice. Restul a fost clasificat ca receptori transmembranari, inclusiv kinaze asemănătoare receptorilor (RLK), kinaze și proteine asemănătoare receptorilor. În plus față de genele R, au fost identificate unele gene legate de calitatea, gustul, aroma și aroma fructelor. Aceste gene au fost asociate în principal cu acumularea de zahăr și carotenoide, care afectează în mod direct gustul dulce caracteristic și, respectiv, culoarea cărnii pepenilor. Au fost examinate relațiile syntenice dintre pepene galben și castravete și s – au găsit potriviri cromozomiale cu cinci pepene galben cromozomi cu cromozomi de castravete cu mai multe rearanjări inter-și intrachromosome (Huang și colab., 2009; Li și colab., 2011a). În studiul de secvențiere a genomului pepene galben, au fost examinate și relațiile sintenice dintre pepene galben și castravete. În acest scop, ambele genomi au fost aliniate. În acest studiu, s-a observat pentru prima dată că s-a obținut un nivel mare de sintenie la rezoluție mai mare între genomii de pepene galben și castraveți, ceea ce asigură detectarea ușoară a regiunilor mici din cromozomi. Cu toate acestea, necesită identificarea și purificarea hărților fizice și secvențierea altor membri ai cucurbitelor pentru a obține informații detaliate despre evoluția genomului familiei Cucurbitaceae.