Allele-aware chromosome-level genome assembly of Artemisia annua reveals the correlation between ADS expansion and artemisinin yield

青蒿素 青蒿 生物 遗传学 基因组 单倍型 全基因组测序 染色体 基因组学 基因 计算生物学 等位基因 恶性疟原虫 疟疾 免疫学
作者
Baosheng Liao,Xiaofeng Shen,Xiang Li,Shuai Guo,Shiyu Chen,Ying Meng,Yu Liang,Dandan Ding,Junqi Bai,Dong Zhang,Tomasz Czechowski,Yi Li,Hui Yao,Tingyu Ma,Caroline Howard,Chao Sun,Haitao Liu,Jiushi Liu,Jin Pei,Jihai Gao
出处
期刊:Molecular Plant [Elsevier BV]
卷期号:15 (8): 1310-1328 被引量:126
标识
DOI:10.1016/j.molp.2022.05.013
摘要

Artemisia annua is the major natural source of artemisinin, an anti-malarial medicine commonly used worldwide. Here, we present chromosome-level haploid maps for two A. annua strains with different artemisinin contents to explore the relationships between genomic organization and artemisinin production. High-fidelity sequencing, optical mapping, and chromatin conformation capture sequencing were used to assemble the heterogeneous and repetitive genome and resolve the haplotypes of A. annua. Approximately 50,000 genes were annotated for each haplotype genome, and a triplication event that occurred approximately 58.12 million years ago was examined for the first time in this species. A total of 3,903,467-5,193,414 variants (SNPs, indels, and structural variants) were identified in the 1.5-Gb genome during pairwise comparison between haplotypes, consistent with the high heterozygosity of this species. Genomic analyses revealed a correlation between artemisinin concents and the copy number of amorpha-4,11-diene synthase genes. This correlation was further confirmed by resequencing of 36 A. annua samples with varied artemisinin contents. Circular consensus sequencing of transcripts facilitated the detection of paralog expression. Collectively, our study provides chromosome-level allele-aware genome assemblies for two A. annua strains and new insights into the biosynthesis of artemisinin and its regulation, which will contribute to conquering malaria worldwide.
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