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Construction and characterization of two BAC libraries from Brachypodium distachyon, a new model for grass genomics

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Abstract:

Brachypodium is well suited as a model system for temperate grasses because of its compact genome and a range of biological features. In an effort to develop resources for genome research in this emerging model species, we constructed 2 bacterial artificial chromosome (BAC) libraries from an inbred diploid Brachypodium distachyon line, Bd21, using restriction enzymes HindIII and BamHI. A total of 73 728 clones (36 864 per BAC library) were picked and arrayed in 192 384-well plates. The average insert size for the BamHI and HindIII libraries is estimated to be 100 and 105kb, respectively, and inserts of chloroplast origin account for 4.4% and 2.4%, respectively. The libraries individually represent 9.4- and 9.9-fold haploid genome equivalents with combined 19.3-fold genome coverage, based on a genome size of 355Mb reported for the diploid Brachypodium, implying a 99.99% probability that any given specific sequence will be present in each library. Hybridization of the libraries with 8 starch biosynthesis genes was used to empirically evaluate this theoretical genome coverage; the frequency at which these genes were present in the library clones gave an estimated coverage of 11.6- and 19.6-fold genome equivalents. To obtain a first view of the sequence composition of the Brachypodium genome, 2185 BAC end sequences (BES) representing 1.3 Mb of random genomic sequence were compared with the NCBI GenBank database and the GIRI repeat database. Using a cutoff expectation value of E < 10−10, only 3.3% of the BESs showed similarity to repetitive sequences in the existing database, whereas 40.0% had matches to the sequences in the EST database, suggesting that a considerable portion of the Brachypodium genome is likely transcribed. When the BESs were compared with individual EST databases, more matches hit wheat than maize, although their EST collections are of a similar size, further supporting the close relationship between Brachypodium and the Triticeae. Moreover, 122 BESs have significant matches to wheat ESTs mapped to individual chromosome bin positions. These BACs represent colinear regions containing the mapped wheat ESTs and would be useful in identifying additional markers for specific wheat chromosome regions.

Le Brachypodium constitue un bon système modèle pour les graminées de climat tempéré en raison de son génome compact et de plusieurs caractéristiques biologiques. En vue de développer des ressources génomiques chez ce modèle émergent, les auteurs ont produit deux banques BAC à partir d’une lignée fixée diploïde du B. distachyon, Bd21, à l’aide des enzymes HindIII et BamHI. Au total, 73 728 clones (36 864 par banque) ont été disposés dans 192 plaques à 384 puits. La taille moyenne des inserts dans les banques BamHI et HindIII est estimée à 100 et 105 kb, respectivement et les inserts d’origine chloroplastique représentent 4,4% et 2,4%, respectivement, des clones. Les banques offrent une redondance de 9,4 et 9,9 fois la taille du génome haploïde. Ensemble, ces banques présentent une couverture de 19,3 équivalents de génome sur la base d’un génome estimé à 355 Mb chez le Brachypodium diploïde, ce qui confère une probabilité de 99,99% de trouver une quelconque séquence dans chaque banque. Les banques ont été criblées avec huit gènes de la voie de biosynthèse de l’amidon pour évaluer de manière empirique la couverture du génome. Ces gènes se trouvaient au sein des banques à une fréquence permettant d’estimer une couverture génomique entre 11,6 et 19,6 génomes. Pour obtenir un premier aperçu de la composition du génome du Brachypodium, 2 185 séquences terminales de BAC (BES), totalisant 1,3 Mb d’ADN génomique aléatoire, ont été comparées à la banque GenBank du NCBI ainsi qu’à la banque GIRI de séquences répétées. En utilisant un seuil de E < 10–10, seuls 3,3% des BES ont montré de la similarité avec des séquences répétées au sein de la banque de données, tandis que 40,0% étaient semblables à des EST, ce qui suggère qu’une portion considérable du génome du Brachypodium est vraisemblablement transcrit. Lorsque les BES ont été comparés à des banques individuelles d’EST, plus de positifs ont été trouvés au sein des EST du blé que du maïs bien que le nombre d’EST disponibles chez ces deux espèces soit assez semblable. Cela vient confirmer la proximité entre le Brachypodium et les hordées. De plus, 122 BES étaient semblables à des EST préalablement assignés à des régions spécifiques sur des chromosomes du blé. Ces BAC correspondent à des régions colinéaires contenant des EST de blé de position connue et ils pourraient s’avérer utiles pour identifier d’autres marqueurs pour des régions chromosomiques spécifiques chez le blé.

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2006

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  • From its inception in 1957, this international cytogenetics journal has catered to the research areas of the members of the Genetics Society of Canada; traditionally, these have included agriculture, entomology, genetics/cytogenetics, and evolutionary mechanisms. The contents of the journal have evolved as contributors developed new technologies and interests. A 20-member Editorial Board is composed of scientists from around the world. Reviews and commentary from respected experts are often featured.
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