Solanum pan-genomics and pan-genetics reveal paralogs as contingencies in crop engineering
Notice bibliographique
Résumé
Pan-genomics and genome editing technologies are revolutionizing the breeding of globally cultivated crops. A transformative opportunity lies in the reciprocal exchange of genotype-to-phenotype knowledge of agricultural traits between these major crops and hundreds of locally cultivated indigenous crops, thereby enhancing the diversity and resilience of our food system. However, species-specific genetic variants and their interactions with desired natural or engineered mutations pose barriers to achieving predictable phenotypic effects, even between closely related crops or genotypes. Here, by establishing a pan-genome of the crop-rich genus Solanum and integrating functional genomics and genetics, we show that gene duplication and subsequent paralog diversification are a major obstacle to genotype-phenotype predictability. Despite broad conservation of gene macrosynteny among chromosome-scale references for 22 species, including 13 indigenous crops, hundreds of global and lineage-specific gene duplications exhibited dynamic evolutionary trajectories in paralog sequence, expression, and function, including among members of key domestication gene families. Extending our pan-genome with 10 cultivars of African eggplant and leveraging quantitative genetics and genome editing, we uncovered an intricate history of paralog emergence and evolution within this indigenous crop. The loss of an ancient redundant paralog of the classical regulator of stem cell proliferation and fruit organ number, CLAVATA3 (CLV3), was compensated by a lineage-specific tandem duplication. Subsequent pseudogenization of the derived copy followed by a cultivar-specific structural variant resulted in a single fused functional copy of CLV3 that modifies locule number alongside a newly identified gene controlling the same trait. Our findings demonstrate that paralog diversifications over short evolutionary periods are critical yet underexplored contingencies in trait evolvability and independent crop domestication histories. Unraveling these contingencies is crucial for translating genotype-to-phenotype relationships across related species.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».