La ricerca congiunta con BGI svela i segreti dell’evoluzione di tre colture chiave di Allium e dei loro tratti

SHENZHEN, CHINA, November 10, 2023 /EINPresswire.com/ — Nell’ultimo numero di Nature Genetics, BGI-Research, grazie alla collaborazione con la Northwestern Polytechnical University, in Cina, l’Università di Otago, in Nuova Zelanda, l’Istituto Neozelandese per la Ricerca sulle Piante e gli Alimenti, e altri istituti, ha presentato i gruppi genomici maggiormente dettagliati e di alta qualità ad oggi per tre specie di Allium: la cipolla, l’aglio e la cipolla gallese, così come per il loro parente stretto, il giglio africano. Utilizzando la tecnologia multiomica spaziale Stereo-seq del Gruppo BGI, lo studio ha evidenziato lo sviluppo, il metabolismo, la categorizzazione cellulare e i cambiamenti di espressione genica durante le diverse fasi di sviluppo delle specie di Allium. In qualità di progetto nell’ambito dell’Earth BioGenome Project (EBP), questi risultati permettono di comprendere a fondo queste antiche e preziose specie e di migliorarne la coltivazione e l’allevamento.

Allium appartiene a un genere di piante a fiore monocotiledoni che conta centinaia di specie, tra cui la cipolla coltivata, l’aglio, lo scalogno, lo scalogno, il porro, la cipolla gallese e l’erba cipollina. Le prime testimonianze di esseri umani che utilizzano la cipolla come alimento sono state raccolte in tombe egiziane del 3.000 a.C.. Oggi, le cipolle vengono considerate una delle varietà di ortaggi più coltivate a livello globale, seconda solo ai pomodori, con 100 milioni di tonnellate di cipolle essiccate prodotte ogni anno.

Sebbene il loro ruolo sia fondamentale a tavola, le domande sulle specie di Allium, come la loro evoluzione e la provenienza del loro sapore, hanno lasciato perplesso il mondo per secoli, a causa della mancanza di genomi di riferimento di alta qualità.

In questa ricerca, gli scienziati hanno riunito i genomi di cipolla, aglio, cipolla gallese e giglio africano più completi fino ad oggi, oltre che di altissima qualità. Le taglie N50 dei contig delle tre specie di Allium (cipolla, aglio e cipolla gallese) sono state non solo le più alte tra le assemblate di Allium pubblicate di recente, ma anche le più alte registrate per le piante con genomi di grandi dimensioni.

Le statistiche N50 si utilizzano spesso per descrivere la qualità dell’assemblaggio o la ‘completezza’ di un assemblaggio genomico in termini di contiguità. Un contig è un insieme di segmenti di DNA che si sovrappongono in modo da fornire una ricostruzione contigua di una regione genomica. Dato un insieme di contig, l’N50 corrisponde alla lunghezza della sequenza del contig più corto al 50% della lunghezza totale dell’assemblaggio. Una maggiore dimensione N50 del contig indica che l’assemblaggio del genoma è più vicino al genoma originale.

La tecnologia Stereo-seq ha svolto un ruolo fondamentale in questo progetto, consentendo l’analisi dei trascrittomi spazio-temporali dei bulbi di cipolla. Questa analisi ha svelato variazioni e tratti comuni nei modelli di espressione dei geni associati alla sintesi dei flavonoidi in diversi tipi di cellule, gli attributi dell’espressione genica coinvolti nella sintesi della cera epidermica e le dinamiche dello sviluppo delle cellule del mesofillo spugnoso, oltre ad altre intuizioni.

Il team dei ricercatori ha selezionato le cipolle nelle fasi di crescita iniziale, intermedia e matura per poi condurre il sequenziamento Stereo-seq su campioni prelevati dalle basi dei bulbi. Le cipolle sono piante biennali con grandi organi di conservazione dei bulbi per la sopravvivenza invernale. Questi bulbi ospitano una varietà di metaboliti secondari, compresi i flavonoidi come la quercetina, un flavonoide importante nelle cipolle, noto per le sue proprietà antiossidanti e la resistenza alle malattie.

Studi recenti hanno identificato un gruppo di geni responsabili della sintesi dei flavonoidi nei bulbi di cipolla. I risultati dello Stereo-seq di questo studio hanno rivelato che questi geni, fatta eccezione per uno, sono copresenti nelle cellule epidermiche. Ciò implica che le cellule epidermiche nei bulbi di cipolla svolgono il ruolo di sito primario per la sintesi dei flavonoidi, il che indica che sono la fonte primaria di flavonoidi nei bulbi di cipolla.

Inoltre, l’epidermide della cipolla ha registrato alti livelli di espressione di una famiglia di geni specifici coinvolti nella formazione della cera epidermica della cipolla, uno strato simile alla pelle che protegge i tessuti delicati sottostanti da virus e funghi dannosi. Questi risultati costituiscono un’indicazione cruciale per la futura ricerca sul controllo dei parassiti della cipolla e per lo sviluppo di varietà di cipolla resistenti ai parassiti.

Inoltre, i ricercatori hanno approfondito il processo di formazione del bulbo della cipolla, un cambiamento spazio-temporale ben organizzato nello sviluppo cellulare. Sulla base dell’analisi del trascrittoma spaziale e di studi precedenti, la formazione del bulbo sembra comportare diversi processi cellulari. Nello sviluppo dei bulbi di cipolla, le cellule del mesofillo spugnoso, uno strato cellulare organizzato in modo lasco nelle regioni interne degli strati del bulbo di cipolla, responsabile dello scambio e della regolazione del flusso di gas, hanno seguito con continuità una traiettoria di formazione cellulare dallo strato interno a quello esterno e dalla base alla cima. In ogni strato del bulbo, l’espansione delle cellule mesofile spugnose si è verificata dal bordo esterno al bordo interno, ad indicare che le cellule più interne hanno iniziato l’espansione prima e successivamente sono state spinte più all’interno dall’espansione successiva delle cellule vicino al bordo esterno.

” Sulla base della tecnologia Stereo-seq ad alta risoluzione, i nostri dati forniscono nuovi approfondimenti sullo sviluppo del bulbo della cipolla e sul metabolismo anche su scala nanometrica subcellulare, con una risoluzione 100 volte superiore rispetto alla tecnologia spaziale precedente”, ha dichiarato il Dr. Xu Xun, Direttore del BGI-Research. “Nel quadro sempre più grave di perdita della biodiversità globale, questo studio evidenzia la grande utilità dell’utilizzo di dati genomici di alta precisione per l’analisi genetica e la ricerca sulle risorse della biodiversità”.

L’articolo è disponibile al seguente link: https://bit.ly/4707SrG

Richard Li
BGI Group
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