チコリ、エンダイブ、偉大なビルドック、ヤコンのゲノムは、アステラ科Palaeo-poliodizationの歴史と植物のイヌリン生産に関する洞察を提供します

イヌリンは、キク科の植物における重要な予備の多糖であり、食物繊維およびプレバイオティクスの源である甘味料としても広く使用されています。それにもかかわらず、イヌリン産生植物のゲノム資源の不足は、イヌリン代謝と調節に関する広範な研究を妨げています。ここでは、4つのイヌリン産生植物の染色体レベルの参照ゲノムを提示します：チコリ（Cichorium intybus）、Endive（Cichorium endivia）、Great Burdock（Arctium lappa）、Yacon（Smallanthus sonchifolius）、それぞれ0.89、1.73および2.72 GBの組み立て済みゲノムサイズがあります。チコリ、エンダイブ、そして素晴らしいブルドックゲノムは、全ゲノム三つ年療法（WGT-1）によって形作られ、YaconゲノムがWGT-1とその後の2つの全ゲノム重複（WGD-2およびWGD-3）によって形作られたことがわかりました。Yaconユニークな全ゲノム重複（WGD-3）は、5.6〜550万年前に発生しました。また、我々の結果は、チコリとエンダイブのゲノムサイズの違いが主にLTRレトロトランスポゾンによるものであることを示し、チコリがエンダイブの祖先であるという以前の仮説を拒否しました。さらに、フルクタン活性酵素と転写酵素ファクター遺伝子を特定しましたが、チコリ、エンダイブ、グレートのビルドックに1つのコピーがあることがわかりましたが、これらの遺伝子のほとんどについてはYaconに2つのコピーがあります。興味深いことに、inulin合成遺伝子1-sstと1-fftは、分解遺伝子1-feh Iおよび1-feh IIと同様に、互いに近くに配置されています。最後に、1-FFT遺伝子のタンパク質構造を予測して、イヌリン鎖の長さを決定するメカニズムを調査しました。

Inulin is an important reserve polysaccharide in Asteraceae plants, and is also widely used as a sweetener, a source of dietary fibre and prebiotic. Nevertheless, a lack of genomic resources for inulin-producing plants has hindered extensive studies on inulin metabolism and regulation. Here, we present chromosome-level reference genomes for four inulin-producing plants: chicory (Cichorium intybus), endive (Cichorium endivia), great burdock (Arctium lappa) and yacon (Smallanthus sonchifolius), with assembled genome sizes of 1.28, 0.89, 1.73 and 2.72 Gb, respectively. We found that the chicory, endive and great burdock genomes were shaped by whole genome triplication (WGT-1), and the yacon genome was shaped by WGT-1 and two subsequent whole genome duplications (WGD-2 and WGD-3). A yacon unique whole genome duplication (WGD-3) occurred 5.6-5.8 million years ago. Our results also showed the genome size difference between chicory and endive is largely due to LTR retrotransposons, and rejected a previous hypothesis that chicory is an ancestor of endive. Furthermore, we identified fructan-active-enzyme and transcription-factor genes, and found there is one copy in chicory, endive and great burdock but two copies in yacon for most of these genes, except for the 1-FEH II gene which is significantly expanded in chicory. Interestingly, inulin synthesis genes 1-SST and 1-FFT are located close to each other, as are the degradation genes 1-FEH I and 1-FEH II. Finally, we predicted protein structures for 1-FFT genes to explore the mechanism determining inulin chain length.