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(Referência obtida automaticamente do Web of Science, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores.)

Assembly of the 373k gene space of the polyploid sugarcane genome reveals reservoirs of functional diversity in the world's leading biomass crop

Texto completo
Autor(es):
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Souza, Glaucia Mendes [1] ; Van Sluys, Marie-Anne [2] ; Lembke, Carolina Gimiliani [1] ; Lee, Hayan [3, 4] ; Margarido, Gabriel Rodrigues Alves [5] ; Hotta, Carlos Takeshi [1] ; Gaiarsa, Jonas Weissmann [2] ; Diniz, Augusto Lima [1] ; Oliveira, Mauro de Medeiros [1] ; Ferreira, Savio de Siqueira [1, 2] ; Nishiyama, Milton Yutaka [1, 6] ; ten-Caten, Felipe [1] ; Ragagnin, Geovani Tolfo [2] ; Andrade, Pablo de Morais [1] ; de Souza, Robson Francisco [7] ; Nicastro, Gianlucca Goncalves [7] ; Pandya, Ravi [8] ; Kim, Changsoo [9, 10] ; Guo, Hui [9] ; Durham, Alan Mitchell [11] ; Carneiro, Monalisa Sampaio [12] ; Zhang, Jisen [13] ; Zhang, Xingtan [13] ; Zhang, Qing [13] ; Ming, Ray [13, 14] ; Schatz, Michael C. [4, 15, 16] ; Davidson, Bob [8] ; Paterson, Andrew H. [9] ; Heckerman, David [8]
Número total de Autores: 29
Afiliação do(s) autor(es):
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[1] Univ Sao Paulo, Inst Quim, Dept Bioquim, Ave Prof Lineu Prestes 748, BR-05508000 Sao Paulo, SP - Brazil
[2] Univ Sao Paulo, Inst Biociencias, Dept Bot, Rua Matao 277, BR-05508090 Sao Paulo, SP - Brazil
[3] US DOE, Joint Genome Inst, 2800 Mitchell Dr, Walnut Creek, CA 94598 - USA
[4] Cold Spring Harbor Lab, One Bungtown Rd, Koch Bldg 1119, Cold Spring Harbor, NY 11724 - USA
[5] Univ Sao Paulo, Escola Super Agr Luiz de Queiroz, Dept Genet, Ave Padua Dias 11, BR-13418900 Piracicaba, SP - Brazil
[6] Inst Butantan, Lab Especial Toxinol Aplicada, Ave Vital Brasil 1500, BR-5503900 Sao Paulo, SP - Brazil
[7] Univ Sao Paulo, Inst Ciencias Biomed, Dept Microbiol, Ave Prof Lineu Prestes 1734, BR-05508900 Sao Paulo, SP - Brazil
[8] Microsoft Res, One Microsoft Way, Redmond, WA 98052 - USA
[9] Univ Georgia, Plant Genome Mapping Lab, 120 Green St, Athens, GA 30602 - USA
[10] Chungnam Natl Univ, Dept Crop Sci, 99 Daehak Ro, Deajeon 34134 - South Korea
[11] Univ Sao Paulo, Inst Matemat & Estat, Dept Ciencias Computacao, Rua Matao 1010, BR-05508090 Sao Paulo, SP - Brazil
[12] Univ Fed Sao Carlos, Ctr Ciencias Agr, Dept Biotecnol & Prod Vegetal & Anim, Rodovia Washington Luis Km 235, BR-13565905 Araras, SP - Brazil
[13] Fujian Agr & Forestry Univ, FAFU & UIUC SIB Joint Ctr Genom & Biotechnol, Shangxiadian Rd, Fuzhou 350002, Fujian - Peoples R China
[14] Univ Illinois, Dept Plant Biol, 201 W Gregory Dr Urbana, Urbana, IL 61801 - USA
[15] Johns Hopkins Univ, Dept Comp Sci, 3400 North Charles St, Baltimore, MD 21218 - USA
[16] Johns Hopkins Univ, Dept Biol, 3400 North Charles St, Baltimore, MD 21218 - USA
Número total de Afiliações: 16
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: GIGASCIENCE; v. 8, n. 12 DEC 2019.
Citações Web of Science: 3
Resumo

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 similar to 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. (AU)

Processo FAPESP: 15/22993-7 - Transcriptômica para identificação de genes de interesse comercial em cana-de-açúcar
Beneficiário:Gabriel Rodrigues Alves Margarido
Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Apoio a Jovens Pesquisadores
Processo FAPESP: 11/50761-2 - Modelos e métodos de e-Science para ciências da vida e agrárias
Beneficiário:Roberto Marcondes Cesar Junior
Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Temático
Processo FAPESP: 13/18322-4 - Anotação de 1000 clones BAC do genoma da cana de açúcar: banco de dados, integração e interface web
Beneficiário:Jonas Weissmann Gaiarsa
Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
Processo FAPESP: 17/02842-0 - Desenvolvimento de ferramentas de bioinformática para a plataforma SUCEST-FUN
Beneficiário:Felipe ten Caten
Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
Processo FAPESP: 12/51062-3 - Desenvolvimento de um algoritmo para a montagem do genoma poliplóide de cana-de-açúcar
Beneficiário:Glaucia Mendes Souza
Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - PITE
Processo FAPESP: 16/17545-8 - Contribuição de genes, genomas e elementos de transposição na interação entre plantas e micro-organismos: estudo de caso em cana-de-açúcar
Beneficiário:Marie-Anne van Sluys
Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Temático
Processo FAPESP: 08/52074-0 - Sugarcane genome sequence: plant transposable elements are active contributors to gene structure variation, regulation and function
Beneficiário:Marie-Anne van Sluys
Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Temático
Processo FAPESP: 16/06917-1 - Análise do transcriptoma e construção de redes de co-expressão em sistemas modelo para identificação de genes envolvidos na deposição de parede celular secundária e no metabolismo de lignina em gramíneas
Beneficiário:Sávio de Siqueira Ferreira
Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 14/50921-8 - Redes regulatórias e sinalização associadas à cana energia
Beneficiário:Glaucia Mendes Souza
Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Temático
Processo FAPESP: 08/52146-0 - Sugarcane signaling and regulatory networks
Beneficiário:Glaucia Mendes Souza
Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Temático
Processo FAPESP: 13/07467-1 - CeTICS - Centro de Toxinas, Imuno-Resposta e Sinalização Celular
Beneficiário:Hugo Aguirre Armelin
Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
Processo FAPESP: 15/15346-5 - Análise de dados de sequenciamento NGS (Next-Generation Sequencing): bioinformática aplicada ao estudo de genomas e transcriptomas
Beneficiário:Jonas Weissmann Gaiarsa
Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
Processo FAPESP: 13/23048-9 - Análise funcional de promotores de cana-de-açúcar e sua variação alélica
Beneficiário:Sávio de Siqueira Ferreira
Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 17/02270-6 - Avaliação do transcriptoma de progênies contrastantes para o acúmulo de biomassa e identificação de redes de regulação
Beneficiário:Augusto Lima Diniz
Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado