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Assembly of the 373k gene space of the polyploid sugarcane genome reveals reservoirs of functional diversity in the world's leading biomass crop.
Souza, Glaucia Mendes; Van Sluys, Marie-Anne; Lembke, Carolina Gimiliani; Lee, Hayan; Margarido, Gabriel Rodrigues Alves; Hotta, Carlos Takeshi; Gaiarsa, Jonas Weissmann; Diniz, Augusto Lima; Oliveira, Mauro de Medeiros; Ferreira, Sávio de Siqueira; Nishiyama, Milton Yutaka; Ten-Caten, Felipe; Ragagnin, Geovani Tolfo; Andrade, Pablo de Morais; de Souza, Robson Francisco; Nicastro, Gianlucca Gonçalves; Pandya, Ravi; Kim, Changsoo; Guo, Hui; Durham, Alan Mitchell; Carneiro, Monalisa Sampaio; Zhang, Jisen; Zhang, Xingtan; Zhang, Qing; Ming, Ray; Schatz, Michael C; Davidson, Bob; Paterson, Andrew H; Heckerman, David.
Afiliação
  • Souza GM; Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, Av. Prof. Lineu Prestes, 748, São Paulo, SP 05508-000, Brazil.
  • Van Sluys MA; Departamento de Botânica, Instituto de Biociências, Universidade de São Paulo, Rua do Matão, 277, São Paulo, SP 05508-090, Brazil.
  • Lembke CG; Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, Av. Prof. Lineu Prestes, 748, São Paulo, SP 05508-000, Brazil.
  • Lee H; Cold Spring Harbor Laboratory, One Bungtown Road, Koch Building #1119, Cold Spring Harbor, NY11724, United States of America.
  • Margarido GRA; Department of Energy Joint Genome Institute, 2800 Mitchell Drive, Walnut Creek, CACA94598, United States of America.
  • Hotta CT; Departamento de Genética, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, Avenida Pádua Dias, 11, Piracicaba, SP 13418-900, Brazil.
  • Gaiarsa JW; Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, Av. Prof. Lineu Prestes, 748, São Paulo, SP 05508-000, Brazil.
  • Diniz AL; Departamento de Botânica, Instituto de Biociências, Universidade de São Paulo, Rua do Matão, 277, São Paulo, SP 05508-090, Brazil.
  • Oliveira MM; Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, Av. Prof. Lineu Prestes, 748, São Paulo, SP 05508-000, Brazil.
  • Ferreira SS; Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, Av. Prof. Lineu Prestes, 748, São Paulo, SP 05508-000, Brazil.
  • Nishiyama MY; Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, Av. Prof. Lineu Prestes, 748, São Paulo, SP 05508-000, Brazil.
  • Ten-Caten F; Departamento de Botânica, Instituto de Biociências, Universidade de São Paulo, Rua do Matão, 277, São Paulo, SP 05508-090, Brazil.
  • Ragagnin GT; Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, Av. Prof. Lineu Prestes, 748, São Paulo, SP 05508-000, Brazil.
  • Andrade PM; Laboratório Especial de Toxinologia Aplicada, Instituto Butantan, Av. Vital Brasil, 1500, São Paulo, SP05503-900, Brazil.
  • de Souza RF; Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, Av. Prof. Lineu Prestes, 748, São Paulo, SP 05508-000, Brazil.
  • Nicastro GG; Departamento de Botânica, Instituto de Biociências, Universidade de São Paulo, Rua do Matão, 277, São Paulo, SP 05508-090, Brazil.
  • Pandya R; Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, Av. Prof. Lineu Prestes, 748, São Paulo, SP 05508-000, Brazil.
  • Kim C; Departamento de Microbiologia, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade de São Paulo, Av.Professor Lineu Prestes, 1734, São Paulo, SP 05508-900, Brazil.
  • Guo H; Departamento de Microbiologia, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade de São Paulo, Av.Professor Lineu Prestes, 1734, São Paulo, SP 05508-900, Brazil.
  • Durham AM; Microsoft Research, One Microsoft Way, Redmond, WA 98052, United States of America.
  • Carneiro MS; Plant Genome Mapping Laboratory, University of Georgia, 120 Green Street, Athens, GA 30602-7223,United States of America.
  • Zhang J; Department of Crop Science, Chungnam National University, 99 Daehak Ro Yuseong Gu, Deajeon,34134, South Korea.
  • Zhang X; Plant Genome Mapping Laboratory, University of Georgia, 120 Green Street, Athens, GA 30602-7223,United States of America.
  • Zhang Q; Departamento de Ciências da Computação, Instituto de Matemática e Estatística, Universidade de São Paulo, Rua do Matão, 1010, São Paulo, SP 05508-090, Brazil.
  • Ming R; Departamento de Biotecnologia e Produção Vegetal e Animal, Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal de São Carlos, Rodovia Washington Luis km 235, Araras, SP 13.565-905, Brazil.
  • Schatz MC; FAFU and UIUC-SIB Joint Center for Genomics and Biotechnology, Fujian Agriculture and Forestry University, Shangxiadian Road, Fuzhou 350002, Fujian, China.
  • Davidson B; FAFU and UIUC-SIB Joint Center for Genomics and Biotechnology, Fujian Agriculture and Forestry University, Shangxiadian Road, Fuzhou 350002, Fujian, China.
  • Paterson AH; FAFU and UIUC-SIB Joint Center for Genomics and Biotechnology, Fujian Agriculture and Forestry University, Shangxiadian Road, Fuzhou 350002, Fujian, China.
  • Heckerman D; FAFU and UIUC-SIB Joint Center for Genomics and Biotechnology, Fujian Agriculture and Forestry University, Shangxiadian Road, Fuzhou 350002, Fujian, China.
Gigascience ; 8(12)2019 12 01.
Article em En | MEDLINE | ID: mdl-31782791
ABSTRACT

BACKGROUND:

Sugarcane cultivars are polyploid interspecific hybrids of giant genomes, typically with 10-13 sets of chromosomes from 2 Saccharum species. The ploidy, hybridity, and size of the genome, estimated to have >10 Gb, pose a challenge for sequencing.

RESULTS:

Here we present a gene space assembly of SP80-3280, including 373,869 putative genes and their potential regulatory regions. The alignment of single-copy genes in diploid grasses to the putative genes indicates that we could resolve 2-6 (up to 15) putative homo(eo)logs that are 99.1% identical within their coding sequences. Dissimilarities increase in their regulatory regions, and gene promoter analysis shows differences in regulatory elements within gene families that are expressed in a species-specific manner. We exemplify these differences for sucrose synthase (SuSy) and phenylalanine ammonia-lyase (PAL), 2 gene families central to carbon partitioning. SP80-3280 has particular regulatory elements involved in sucrose synthesis not found in the ancestor Saccharum spontaneum. PAL regulatory elements are found in co-expressed genes related to fiber synthesis within gene networks defined during plant growth and maturation. Comparison with sorghum reveals predominantly bi-allelic variations in sugarcane, consistent with the formation of 2 "subgenomes" after their divergence ∼3.8-4.6 million years ago and reveals single-nucleotide variants that may underlie their differences.

CONCLUSIONS:

This assembly represents a large step towards a whole-genome assembly of a commercial sugarcane cultivar. It includes a rich diversity of genes and homo(eo)logous resolution for a representative fraction of the gene space, relevant to improve biomass and food production.
Assuntos
Palavras-chave

Texto completo: 1 Coleções: 01-internacional Base de dados: MEDLINE Assunto principal: Fenilalanina Amônia-Liase / Mapeamento de Sequências Contíguas / Saccharum / Glucosiltransferases Idioma: En Revista: Gigascience Ano de publicação: 2019 Tipo de documento: Article País de afiliação: Brasil

Texto completo: 1 Coleções: 01-internacional Base de dados: MEDLINE Assunto principal: Fenilalanina Amônia-Liase / Mapeamento de Sequências Contíguas / Saccharum / Glucosiltransferases Idioma: En Revista: Gigascience Ano de publicação: 2019 Tipo de documento: Article País de afiliação: Brasil