Genetics and Genomics of the Brassicaceae

ژنتیک و ژنومیک Brassicaceae مروری بر این خانواده مهم (که معمولاً خانواده خردل یا Cruciferae نامیده می شود) ارائه می دهد. این خانواده شامل چندین گونه کشت شده از جمله تربچه، راکت، شاهی، واسابی و ترب کوهی، علاوه بر محصولات گیاهی و روغنی از جنس Brassica است. گونه های متعدد دیگری با پتانسیل زیادی برای بهره برداری در کشاورزی قرن بیست و یکم، به ویژه به عنوان منابع مواد شیمیایی فعال زیستی، وجود دارد. این فرصت‌ها در زمینه Brassicaceae در کشاورزی بررسی می‌شوند. توضیحات مفصل تری از ژنتیک محصولات کشت شده براسیکا ارائه شده است، از جمله گونه های تولید کننده بیشتر محصولات گیاهی براسیکا (B. rapa و B. oleracea) و گونه های اصلی تولید کننده محصولات دانه روغنی (B. napus و B. juncea). . Brassicaceae همچنین شامل گونه های مهم گیاهی "مدل" است. برجسته ترین گیاه آرابیدوپسیس تالیانا، اولین گونه گیاهی است که توالی ژنوم آن تعیین شده است. تنوع ژنتیکی طبیعی برای A. thaliana، و همچنین ژنتیک A. lyrata نزدیک و از جنس Capsella بررسی شده است. خود ناسازگاری در Brassicaceae گسترده است و این موضوع مورد بررسی قرار می گیرد. علاقه ناشی از ارزش تجاری گونه های گیاهی Brassicaceae و اهمیت Arabidopsis thaliana به عنوان یک گونه مدل، منجر به توسعه منابع متعددی برای حمایت از تحقیقات شده است. اینها، از جمله منابع کتابخانه ژرم پلاسم و ژنومی، و منابعی برای ژنتیک معکوس، متابولومیک، بیوانفورماتیک و تبدیل بررسی می شوند. مطالعات مولکولی ژنوم گونه‌های Brassicaceae تکرار ژنوم گسترده‌ای را نشان داد که نشان‌دهنده رویدادهای پلی‌پلوئیدی متعدد در طول تکامل است. در برخی گونه‌ها، مانند Brassica napus، شواهدی از دورهای متعدد پلی‌پلوئیدی در طول تکامل نسبتاً اخیر آن وجود دارد، بنابراین Brassicaceae یک سیستم مدل عالی برای مطالعه اثرات پلی‌پلوئیدی و فرآیند متعاقب آن دیپلوئیدی‌سازی است که به موجب آن ژنوم تثبیت می‌شود. . خصوصیات سطح توالی ژنوم های Arabidopsis thaliana و Brassica rapa همراه با خلاصه ای از مطالعات مقایسه ای انجام شده در هر دو سطح نقشه پیوند و توالی، و تجزیه و تحلیل تکامل ساختاری و عملکردی پلی پلوئیدهای سنتز مجدد، همراه با شرح فیلوژنی ارائه شده است. و تکامل کاریوتیپ Brassicaceae. در پایان، برخی از دیدگاه های ویراستاران ارائه شده است. اینها بر گونه‌های Brassicaceae به عنوان مدل‌هایی برای مطالعه تکامل ژنوم پس از پلی پلوئیدی، تأثیر پیشرفت‌ها در فناوری توالی‌یابی ژنوم، چشم‌اندازهایی برای تجزیه و تحلیل رونوشت‌های آتی و سیستم‌های مدل آتی تمرکز می‌کنند. پروفسور یان بنکرافت دکترای خود را در سال 1986 در دانشگاه لنکستر به پایان رساند و تحقیقات اولیه پسا دکتری خود را در دانشگاه ایالتی میشیگان انجام داد و ژنوم سیانوباکتری ها را مطالعه کرد. او در سال 1989 به مرکز جان اینس نقل مکان کرد و تخصص ژنومیک خود را در ابتدا در Arabidopsis thaliana و از سال 1998 در گونه های کشت شده Brassica گسترش داد و به کار برد. رنه اشمیت رهبر گروه "پلاستی ژنوم" در موسسه ژنتیک گیاهی و تحقیقات گیاهان زراعی لایبنیتز (IPK) در گاترسلبن (آلمان) است. او به عنوان یک متخصص ژنتیک مولکولی تحصیل کرده است و علایق تحقیقاتی او بر روی تجزیه و تحلیل ژنوم مقایسه ای در Brassicaceae و بیان تراریخته در گیاهان متمرکز است.

The Genetics and Genomics of the Brassicaceae provides a review of this important family (commonly termed the mustard family, or Cruciferae). The family contains several cultivated species, including radish, rocket, watercress, wasabi and horseradish, in addition to the vegetable and oil crops of the Brassica genus. There are numerous further species with great potential for exploitation in 21st century agriculture, particularly as sources of bioactive chemicals. These opportunities are reviewed, in the context of the Brassicaceae in agriculture. More detailed descriptions are provided of the genetics of the cultivated Brassica crops, including both the species producing most of the brassica vegetable crops (B. rapa and B. oleracea) and the principal species producing oilseed crops (B. napus and B. juncea). The Brassicaceae also include important “model” plant species. Most prominent is Arabidopsis thaliana, the first plant species to have its genome sequenced. Natural genetic variation is reviewed for A. thaliana, as are the genetics of the closely related A. lyrata and of the genus Capsella. Self incompatibility is widespread in the Brassicaceae, and this subject is reviewed. Interest arising from both the commercial value of crop species of the Brassicaceae and the importance of Arabidopsis thaliana as a model species, has led to the development of numerous resources to support research. These are reviewed, including germplasm and genomic library resources, and resources for reverse genetics, metabolomics, bioinformatics and transformation. Molecular studies of the genomes of species of the Brassicaceae revealed extensive genome duplication, indicative of multiple polyploidy events during evolution. In some species, such as Brassica napus, there is evidence of multiple rounds of polyploidy during its relatively recent evolution, thus the Brassicaceae represent an excellent model system for the study of the impacts of polyploidy and the subsequent process of diploidisation, whereby the genome stabilises. Sequence-level characterization of the genomes of Arabidopsis thaliana and Brassica rapa are presented, along with summaries of comparative studies conducted at both linkage map and sequence level, and analysis of the structural and functional evolution of resynthesised polyploids, along with a description of the phylogeny and karyotype evolution of the Brassicaceae. Finally, some perspectives of the editors are presented. These focus upon the Brassicaceae species as models for studying genome evolution following polyploidy, the impact of advances in genome sequencing technology, prospects for future transcriptome analysis and upcoming model systems. Professor Ian Bancroft completed his PhD at the University of Lancaster in 1986 and conducted his early postdoctoral research at Michigan State University, studying the genomes of cyanobacteria. He moved to the John Innes Centre in 1989 and has been expanding and applying his genomics expertise, initially in Arabidopsis thaliana, and since 1998 in the cultivated Brassica species. Renate Schmidt is leader of the group “Genome plasticity” at the Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK) in Gatersleben (Germany). She was educated as a molecular geneticist, and her research interests center on comparative genome analysis in the Brassicaceae and transgene expression in plants.