Análisis transcriptómico asociado a la producción de betacaroteno en Yuca

Abstract

La desnutrición afecta a millones de personas, principalmente debido a que los cultivos críticos para la seguridad alimentaria contienen bajos niveles de micronutrientes. La yuca (Manihot esculenta Crantz) es el alimento básico de más de 500 millones de personas y los programas de mejoramiento se han enfocado en aumentar los niveles de b-caroteno en las raíces. Con el fin de apoyar los procesos de mejoramiento, el objetivo de este trabajo consistió en identificar la expresión y comprender que proporción del genoma se activa en la producción elevada de este compuesto. Para ello, seis genotipos de una familia de segregación, y los dos progenitores se escogieron para llevar a cabo la secuenciación del RNA. La plataforma bioinformática para este estudio incluyó: Mapeo con HISAT2, ensamblaje del transcriptoma con StringTie, cuantificación de la expresión con Kallisto, expresión diferencial con DESeq2 y DEGreport para mostrar los resultados. Finalmente, la anotación, función y regulación se obtuvo a partir del portal PlantRegMap. Los resultados obtenidos mostraron que las regiones del genoma que se sobre-expresan durante la acumulación de b-caroteno están relacionadas con la respuesta a estrés por calor, por temperatura e intensidad lumínica y en caso de no acumularse b-caroteno se presentan una diversidad de rutas de síntesis activas en la que se destaca la síntesis de esteroles. Adicionalmente 3 genes reguladores fueron identificados en el transcriptoma de raíz y 42 genes para el transcriptoma de hoja. El uso de la información generada en este estudio presenta múltiples implicaciones para el programa de mejoramiento y mejora la comprensión de la acumulación del b-caroteno en la raíces de yuca.

La desnutrició afecta a milions de persones, principalment a causa que els cultius crítics per a la seguretat alimentària contenen baixos nivells de micronutrientes. La yuca (Manihot esculenta Crantz) és l'aliment bàsic de més de 500 milions de persones i els programes de millorament s'han enfocat a augmentar els nivells de b-caroteno en les arrels. Amb la finalitat de recolzar els processos de millorament, l'objectiu d'aquest treball va consistir a identificar l'expressió i comprendre que proporció del genoma s'activa en la producció elevada d'aquest compost. Per a això, sis genotips d'una família de segregació, i els dos progenitors es van escollir per dur a terme la seqüenciació del RNA. La plataforma bioinformàtica per a aquest estudi va incloure: Mapatge amb HISAT2, assemblatge del transcriptoma amb StringTie, quantificació de l'expressió amb Kallisto, expressió diferencial amb DESeq2 i DEGreport per mostrar els resultats. Finalment, l'anotació, funció i regulació es va obtenir a partir del portal PlantRegMap. Els resultats obtinguts van mostrar que les regions del genoma que se sobri-expressen durant l'acumulació de b-caroteno estan relacionades amb la resposta a estrès per calor, per temperatura i intensitat lumínica i en cas de no acumular-se b-caroteno es presenten una diversitat de rutes de síntesis actives en la qual es destaca la síntesi de esteroles. Addicionalment 3 gens reguladors van ser identificats en el transcriptoma d'arrel i 42 gens pel transcriptoma de fulla. L'ús de la informació generada en aquest estudi presenta múltiples implicacions per al programa de millorament i millora la comprensió de l'acumulació del b-caroteno en l'arrels de yuca.

Malnutrition affects thousands of millions of people in the world, because of critical crops to food security contain low levels of micronutrients. Cassava (Manihot esculenta Crantz) is the staple food of more than 500 million people in the world and the breeding programs have been focused in increase the ¿-carotene level in roots. To support the breeding processes, this research aimed to identify differential expression in genotypes with different levels of ¿-carotene in roots and understand what genome proportion is activated during high production of this compound. To accomplish this goal, six genotypes from a segregating family and two parental were chosen to conduct RNA sequencing. The bioinformatics pipeline for this research included: HISAT for mapping, StringTie for transcriptome assembly, Kallisto for expression quantification, DESeq2 for differential expression analysis and DEGreport to obtain a graphical view of the results. The annotation, function and regulation was obtained from PlantRegMap. The results showed that over expressed genome regions during ¿-carotene accumulation are associated to heat stress, temperature and luminous intensity, when there is no ¿-carotene accumulation, there are other activated synthesis pathways, mainly the sterole synthesis. Additionally, three regulator genes were identify in the root transcriptome and 42 genes in leaf transcriptome. The impact of the information from this research has several implications for the Cassava Breeding Program and improve the comprehension of the ¿-carotene accumulation in cassava roots.