Горные экосистемы обладают значительным биоразнообразием, однако генетические механизмы, позволяющие адаптацию к суровым альпийским условиям, остаются плохо изученными. Bergenia purpurascens (Saxifragaceae) — это важный альпийский эндемик Гималаев-Хендуан, который используется как источник лекарств и как декоративное растение.
В этом исследовании был создан высококачественный геномный сбор, состоящий из scaffolds, представляющих 17 хромосом, общей длиной 650,70 Мб и значением N50 для scaffolds 34,19 Мб. Были аннотированы 45 841 белок-кодирующий ген и идентифицировано 10 797 некодирующих РНК. Повторные последовательности составили 56,72% генома. Референсный геном B. purpurascens служит ценным ресурсом для изучения биосинтеза бергенина и понимания адаптации растений к альпийским условиям.
Альпийские растения должны справляться с экстремальными условиями на больших высотах, включая низкие температуры, высокие уровни ультрафиолетового излучения, сухость и короткий вегетационный период. Геномные исследования немодельных альпийских видов предоставили важные сведения о генетических механизмах адаптации к таким суровым условиям. Например, анализ геномов двух видов альпийского растения рода Crucihimalaya (C. lasiocarpa и C. himalaica, Brassicaceae) на Тибетском плато показал, что семейства генов и гены, связанные с альпийской адаптацией, были значительно расширены и положительно отобраны с момента возникновения этого рода. Кроме того, геномные сравнения между альпийскими и низкорасположенными видами не только выявили положительно отобранные гены, связанные с альпийской адаптацией, но и показали, что семейства генов, связанные с резистентностью к болезням, претерпели конвергентное сокращение у альпийских растений.
Гималаи-Хендуан — это регион, содержащий некоторые из самых высоких гор на Земле и обладающий одним из самых богатых альпийских флор. Bergenia Moench — это род Saxifragaceae, включающий десять видов, в основном распределенных в HHM и соседних горах Центральной Азии. Корневища растений Bergenia являются основным источником бергенина, важного лекарственного компонента для лечения респираторных заболеваний и расстройств желудка. Bergenia purpurascens является эндемиком HHM и обитает на самой высокой высоте и в самом большом диапазоне высот внутри рода Bergenia, от 2700 до 4800 м над уровнем моря. Она также является видом, крайне уязвимым к глобальному потеплению по сравнению с ее родственниками на более низких высотах. Согласно нашим наблюдениям и сообщениям местных жителей, B. purpurascens сталкивается с угрозой местного вымирания из-за изменения климата и чрезмерной эксплуатации ресурсов в медицинских целях. Поэтому B. purpurascens является идеальным видом для изучения генетических механизмов, лежащих в основе адаптации альпийских растений к суровым условиям.
В этом исследовании мы собрали высококачественный геном уровня хромосом B. purpurascens, объединив секвенирование Illumina, секвенирование кругового консенсуса Pacific Bioscience (CCS) и высокопроизводительное секвенирование захвата хромосомной конфигурации (Hi-C). Эта интегрированная методология привела к сбору генома, охватывающему примерно 650,70 Мб, с N50 для scaffolds 34,19 Мб. Всего 93,43% собранных последовательностей были успешно привязаны к 17 псевдохромосомам. Bergenia имеет такое же количество хромосом (2n = 2x = 34), как и ее близкие родственники Astilboides, Darmera и Mukdenia. Для изучения эволюции генов в геномах были проведены сравнительные геномные анализы генома B. purpurascens и 11 других геномов, представляющих различные виды цветковых растений. Высококачественное геномное сборище этого важного лекарственного и декоративного альпийского растения ценно для прояснения биосинтетического пути бергенина, улучшения нашего понимания генетической основы адаптации к альпийским условиям и устойчивого сохранения и использования этого ценного генетического ресурса.