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作物基因組學研究進展
來源:中國科技網   發布者:張小圈   日期:2018-06-07   今日/總瀏覽:19/33475

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摘要:農作物基因組學研究的發展,對于有效利用現代分子生物學手段進行物種的遺傳改良發揮了重要作用。隨著測序技術的發展,已經實現對重要農作物,如水稻、小麥、玉米、大豆、油菜、棉花、蔬菜等作物基因組的測序或重測序,在此基礎上完成對控制重要農藝性狀基因的克隆和鑒定。本文綜述了2017年度主要農作物基因組研究方面取得的一系列重要進展。

1、基因組學領域論文分析

在SCIE數據庫共獲得954篇基因組學研究相關的文獻。中國發文量最多,共339篇,約占該領域發文總量的一半;美國發文數量為163篇,排名第2;德國發文量為49篇,排名第3;印度、韓國、日本、法國和澳大利亞緊隨其后,發文量分別為48篇、35篇、33篇、29篇和28篇(表1)。

中國機構表現較突出,共有6個機構進入該領域論文數量TOP10行列。中國農業科學院發文量為31篇,排名第1;其次是華中農業大學和中國科學院,論文數量各為22篇;南京農業大學發文19篇,排名第3(圖1)。

2、基因組學研究態勢分析

農作物基因組學研究的空前發展正推動著農業的第二次“綠色革命”。全基因組的剖析,可以提供每個農業生物物種或品種全基因組的遺傳信息。尤其是對控制重要農藝性狀的基因組成情況分析,以及對調控復雜性狀的分子網絡的解析,皆得益于高效與廉價測序技術的發展。目前已經實現了對重要農作物,如水稻、小麥、玉米、大豆、油菜、棉花、蔬菜等基因組測序或重測序,實現了對控制重要農藝性狀關聯基因的大規模克隆和鑒定。2017年度經過全球科學家的努力,在主要農作物基因組研究方面取得了一系列重要進展。

2.1水稻基因組研究

水稻(Oryza sativa L.)既是重要的糧食作物,也是生物學研究的模式植物。近年來,我國水稻功能基因組學研究一直走在世界前列,高質量的水稻參考基因組序列可謂功不可沒。中科院遺傳發育所梁承志課題組與四川農業大學李仕貴合作,利用PacBio單分子測序技術結合fosmid文庫測序以及遺傳圖譜的相關結果,對秈稻品種蜀恢498進行測序,并通過BioNano光學圖譜進行進一步的驗證,最終獲得了一個長度為390.3Mb,共由17個連續DNA片段(Super?Contig)組成的水稻基因組。該研究組裝了蜀恢498除了5個著絲粒區域和少數幾個串聯重復序列區域以外的整個基因組,與已公布的水稻及擬南芥等植物基因組相比,蜀恢498的基因組具有更高的完整性、更好的連續性以及更低的錯誤率,是目前所有高等動植物中組裝質量最高的基因組。通過對蜀恢498與日本晴這兩個基因組的基因序列進行比較發現,這兩個品種超過2/3的基因在序列上存在差異。同時,比較結果顯示兩個基因組之間也存在大量的因轉座子插入引起的染色體結構變異。此外,研究人員還成功組裝出蜀恢498完整的線粒體序列,指出了日本晴線粒體序列中存在的錯誤,并進一步發現了目前日本晴基因組參考序列中摻雜了許多的線粒體和葉綠體序列,相關結果對于日本晴核基因組和線粒體基因組的數據提供了補充和修正。

蜀恢498基因組測序工作的完成,對于水稻尤其是秈稻優異等位基因資源的挖掘和利用、秈稻群體的全基因組關聯分析的相關研究具有很重要的應用價值,同時對于提高目前高等動植物基因組的組裝質量具有重要的指導意義。

雜草稻(Oryza sativa L.)是一類具有栽培稻外表、雜草特性的水稻,因其具有較強的適應性、生育期短、易落粒、種子休眠時間長等特點,在田間能夠與栽培稻競爭光、水分和養分,對水稻的產量與品質危害極大。美國的雜草稻從形態學上主要分為SH(straw hull)、BHA(black hull awned)兩大類,以華盛頓大學Olsen教授領銜的中美科研人員,通過對美國本土的18個SH和20個BHA雜草稻進行全基因組測序,并與145種已公布的水稻基因組序列(包括89種栽培稻、53種野生稻和3種中國中部雜草稻)進行比對分析,結果表明SH和BHA類雜草稻分別與東南亞秈稻以及aus稻親緣關系較近,而中國雜草稻(來源于江蘇省)則屬于中國秈稻類型。通過比較中美雜草稻基因組中栽培稻和野生稻特有SNPs的分布比例,研究人員發現中國雜草稻包含大部分栽培稻的特異SNPs,而美國雜草稻基因組中野生稻特異SNPs比例要高于栽培稻SNPs,BHA類雜草稻SNPs的分布比例竟與野生稻高度相似,表明中國雜草稻與栽培稻關系更近,而美國雜草稻則不然,BHA類雜草稻與野生稻的親緣關系更近。從進化時間上看,3類雜草稻均要晚于水稻馴化以及品種內部分化時期。

進一步通過對3類雜草稻中與水稻馴化以及改良相關的基因進行分析,在PROG1(直立株型基因)、sh4(落粒基因)、OsLG1(穗型基因)這3個代表馴化早期的基因中,3類雜草稻的變異位點與栽培稻一致,表明了雜草稻起源于馴化后的栽培稻祖先,支持了去馴化(de?domestication)是雜草稻起源的這一觀點。而在大部分改良型基因位點,SH型雜草稻變異和中國雜草稻以及栽培稻一致,而BHA類雜草稻與野生稻更為一致,表明雜草稻的進化在水稻馴化的早期和晚期都有可能發生。研究人員進一步分析了形成雜草稻特性的遺傳學基礎,發現雜草稻中維持基本生物過程的基因并沒有顯著增加,與組織發育、與抗逆相關的基因可能在不斷富集,這與雜草稻有著較快的生長速度以及較強的抗逆性可能不無關系。同時,與雜草稻適應性的相關基因通常成簇存在,形成少數的基因組島(genomic islands),暗示了雜草稻進化過程的選擇僅發生在基因組相對較小區域的位點上。這些基因組島與目前已定位的與雜草稻馴化相關的QTL位置吻合。

中國是一個水稻生產大國,雜草稻對我國糧食安全的危害近年來日趨嚴重。無獨有偶,浙江大學樊龍江等課題組也對國內的雜草稻起源與進化進行了相關的報道。研究人員通過收集我國境內雜草稻危害最為嚴重地區:江蘇、廣東、遼寧和寧夏4地的155份雜草稻和76份當地栽培稻品種進行了全基因組重測序和群體分析,發現4地的雜草稻群體各自相互獨立起源于栽培稻,其中江蘇、廣州雜草稻起源于秈稻,而遼寧、寧夏的雜草稻則起源于粳稻,且在起源過程中遭受了強烈的短期遺傳瓶頸效應。進一步分析發現雖然4個雜草稻群體起源多樣,但是在7號染色體60~64Mb區間內存在趨同進化區域,包含決定種皮顏色基因Rc和一系列編碼水稻過敏性蛋白在內的15個關鍵基因。這些基因可能在雜草稻的起源和進化過程中扮演了重要的角色。通過對等位基因的頻率變化分析發現,已有變異(standing variation)對于雜草稻的環境快速適應性起到了關鍵作用,而新突變(new mutation)對于雜草稻尤其是秈型雜草稻的進化作用明顯。同時研究還表明雜草稻基因組上發現很多區域受到了平衡選擇信號,這有助于雜草稻產生更多的遺傳多態性以適應復雜的生存環境。

以上兩篇報道揭示了美國和中國雜草稻的起源、進化以及環境適應性的機制,加深了人們對農作物馴化和去馴化遺傳機制認識,對于世界范圍內的雜草稻的控制與防治乃至全球糧食安全都有著非常積極的意義。

2.2小麥基因組研究

小麥是全球最重要的糧食作物之一,小麥的穩產和增產對我國乃至全世界糧食安全的影響舉足輕重。近年來由于全球氣候變化、環境變化的影響,小麥生產面臨嚴峻的挑戰,對于小麥的育種和品種改良工作提出了新的要求。普通小麥(Triticum aestivum L.)是3個不同亞基因組形成的異源六倍體物種(AABBDD),由早期的野生二粒小麥與粗山羊草天然雜交而來。其基因組非常龐大且結構異常復雜,富含大量的重復序列,這些特點使得小麥基因組學的研究遠遠落后于水稻和玉米等二倍體植物,嚴重制約了小麥功能基因組學研究和育種工作的深入。

野生二粒小麥(T.turgidum subsp. dicoccoides(K?rn.)Thell)是栽培小麥的四倍體祖先種。以色列等多國研究人員對野生二粒小麥種質Zavitan進行了全基因組鳥槍法測序,結合3DHi?C數據和遺傳圖譜信息將105Gb基因組序列組裝到14條染色體中,其中101Gb序列能錨定到14條染色體上。同時,研究人員對野生二粒小麥不同發育階段的各個組織進行了RNA測序。建立了65012個高可信度的基因模型并分析了相關基因的分布。同源性分析進一步表明,在亞基因組間的,有72.3%的基因都有其同源基因。全基因組中,有82.2%的序列注釋為轉座子序列,而且這個比例在不同亞基因組間大致相當,主要由長末端重復逆轉錄轉座子組成。研究人員還對一個大麥關鍵馴化基因TtBtr1進行研究,在野生小麥馴化的過程中,麥穗變得不易破碎,從而表現為不易落粒。通過構建定位群體,研究人員發現了調控麥穗脆性表型的基因組區域,并最終推測馴化小麥含有的TtBtr1?A和TtBtr1?B等位基因變異可能引起蛋白質功能喪失,導致麥穗不易破碎。同時作者還檢測了二粒小麥中可能受到選擇的馴化區域,發現與野生二粒小麥相比,栽培二粒小麥間遺傳多樣性僅略微降低。

粗山羊草(Aegilops tauschii Coss.)是六倍體小麥D基因組的二倍體祖先,是小麥重要的遺傳資源。美國加州大學等研究機構基于BAC序列結合全基因組重測序序列、PacBio技術以及遺傳圖譜并利用BioNano單分子光學圖譜技術進行驗證對粗山羊草基因組序列進行測序和組裝,最終將約4Gb占基因組95.2%的序列組裝到7條染色體上。這些染色體是由12條祖先染色體通過嵌套的染色體插入(NCI,nested chromosome insertion)引起非整倍體減少進化而來。粗山羊草的1D、2D、4D和7D染色體主要就是通過NCI這種形式形成的,5D染色體與可能起源于水稻9號染色體以及12號染色體對應的祖先染色體短臂融合,隨后5DL的Os9部分與4DS的Os3部分相互易位形成。

粗山羊草基因組中轉座子序列約占84.4%,其中主要是占65.9%長末端重復反轉錄轉座子(LTR?RTs),Gypsy和CACTA分別是最豐富的RNA和DNA轉座子超家族。而新發現的1113個TE家族中大多數的拷貝數較少。通過對基因組序列的分析,研究人員共注釋了83117個基因,包括39622個高可信度的基因以及43495個低可信度的基因,其中38775個高可信度基因可錨定到染色體上,但這些基因中只有5050個是單拷貝基因。通過與短柄草、水稻、大麥、高粱以及擬南芥的基因組中注釋的基因相比,粗山羊草的基因具有最長的平均外顯子和轉錄本,而外顯子平均數目卻少于上述物種。同時研究人員還對小麥特異基因和抗病基因進行了分析,并研究了基因在染色體上的分布規律以及與重組率之間的關系,這些研究成果為小麥新基因的發掘和應用、小麥的品種改良、小麥的進化與多倍體研究以及比較基因組學研究都有著重要的意義。

對于粗山羊草的測序工作,中國農科院賈繼增研究團隊也在同時進行,他們利用最新的技術,對小麥D基因組的供體粗山羊草進行重新測序與組裝,成功將92.5%基因組序列錨定到染色體上,完成了D基因組序列的測定。研究人員通過對粗山羊草基因組的序列進行分析,繪制了包括基因位點分布、基因表達、假基因分布、甲基化分布、重組率、microRNAs分布以及轉座因子(TE)分布信息的基因組特征圖,重點分析了TE對基因組進化、基因結構以及基因表達的影響。研究發現,粗山羊草基因組中有近1/2的基因中攜帶有TE,而TE通常還會抑制基因的正常表達。研究結果還表明在粗山羊草基因組中近期發生了一波基因復制事件。該研究還首次將小麥分子標記和之前檢測到的重要農藝性狀基因和QTL整合到小麥D基因組上,獲得一個完整的高精度整合圖譜。將極大促進小麥基因克隆和分子育種工作。

2017年,小麥結構基因組學取得了長足的進步和發展,相關研究成果為小麥的功能基因組學和蛋白組學的研究奠定了堅實的基礎,將對小麥的分子生物學研究以及分子設計育種工作產生巨大的影響。

2.3大麥基因組研究

大麥(Hordeum vulgare L.)是世界上馴化最早的飼料和糧食作物,也是遺傳學研究的模式植物之一。作物全球第四大禾谷類作物,大麥在我國國民經濟發展中具有很重要的地位。大麥結構基因組學研究是大麥功能基因組學和遺傳育種研究取得突破性成果的重要前提。但是大麥基因組非常龐大,結構復雜并富含轉座因子,因此全基因組測序工作難度很大。李承道和張國平等人,綜合運用包括BAC測序、Hi?C及BioNano等多種最先進的測序和組裝技術,組裝完成了一個目前最為完整的包含479Gb的大麥Morex高質量參考基因組序列,其中94.8%的組裝序列被定位到大麥的各染色體上。通過分析鑒定了39734個高置信度基因,預測了19908個長鏈非編碼RNA和792個microRNA前體基因位點,并利用Hi?C技術對大麥染色體特征及行為規律進行探索和驗證。大麥基因組主要由高拷貝重復序列組成,約808%的序列為轉座因子,作者同時解析了重復元件以及基因在染色體上分布的特點,重點分析大麥麥芽品質相關基因家族的特點,明確了相關基因的變異類型,通過對現代核心種質資源的SNPs進行剖析,指出了大麥基因組中易受遺傳侵蝕的區域,為拓寬栽培大麥日趨狹窄的基因庫提供了相應的策略。高質量的大麥基因組參考序列的發表,為大麥優質基因資源的克隆和利用提供了強有力的工具,也為高品質大麥育種指明了方向。

大麥是有稃大麥(皮大麥)和裸大麥的統稱,我們習慣所說的大麥是指皮大麥,而裸大麥在各地稱謂不同,在青藏高原則被稱作青稞,青稞具有廣泛適應性和強抗逆性等特點,是青藏高原地區主要的糧食作物。浙江大學張國平課題組利用第三代測序技術PacBio對藏區種植面積最大的青稞品種藏青320進行測序分析,從頭組裝出484Gb的基因組,其中459Gb可錨定到大麥7條染色體上。分析表明該基因組共有46787個具有高可信度的基因,其中31564個基因信息在39個野生和栽培大麥RNA測序數據庫以及NCBI非冗余蛋白數據庫中獲得了驗證。此外,研究人員以青稞作為參考基因組,比較皮大麥(Morex)和裸大麥(藏青320)基因組間的差異,顯示二者親緣關系較近。藏青320的參考序列的公布填補了大麥Morex基因組序列的部分缺口。相關結果對于大麥的遺傳改良具有重要意義。

2.4玉米基因組研究

玉米(Zea mays L.)是世界上分布最廣的農作物之一,自2009年玉米自交系B73的測序完成以來,參考基因組版本不斷更新,但是由于玉米基因組結構非常復雜,存在高密度的重復序列以及高活性的轉座子,這為玉米功能基因組的測序和組裝提出了新的挑戰和提升空間。2017年,美國研究人員使用先進的單分子實時測序和高分辨率光學制圖技術對玉米近交系B73進行測序,從頭組裝出2106Mb大小的參考基因組。與之前的測序組裝技術相比,新技術增加了重疊群長度,改進了基因間隔與著絲粒區域的組裝質量,更新的基因注釋。玉米基因組主要由轉座元件構成,本研究共鑒定出130604個結構完整的逆轉錄轉座子(1268Mb),有助于我們理解玉米轉座子的發生進化史。通過比較最新的B73基因組圖譜與另外兩個自交系Ki11系和W22系基因組圖譜,發現后兩個品系的基因組與B73的基因組序列差異巨大,分別只有32%和39%的序列能匹配到B73基因組序列上。表明玉米不同自交系之間基因組變異很大,具有良好的可塑性,為其不斷適應新的環境提供遺傳基礎和可能。

現代栽培玉米是大約9000多年前由生長在低海拔地區的野生大芻草馴化而來。眾所周知,馴化過程對作物來說,意味著優異的基因資源丟失以及遺傳多樣性喪失。利用野生資源進行作物的遺傳改良越來越受到育種學家的重視。而大芻草(Zea mays ssp. mexicana Iltis)可以與現代栽培玉米進行自由雜交。從而實現優異基因滲透,為現代栽培玉米育種和改良提供了一條新途徑。華中農大嚴建兵等課題組利用玉米Mo17與大芻草類蜀黍的回交重組自交系群體,結合二代和三代測序技術,組裝出了較高質量的玉米Mo17和mexicana基因組,基因組大小分別為204Gb和120Gb。預測的高可行度基因為40003個和31387個。通過比較發現同屬玉米屬的Mo17、B73以及mexicana三者基因組存在較大的結構變異,研究人員進一步調查了895個近交系,發現10.7%的玉米基因組與mexicana基因組存在基因滲透,暗示了大芻草可能為玉米的環境適應性提供了基因資源。本研究可深入挖掘來自野生玉米材料中的優異基因,為玉米的遺傳改良提供了寶貴的基因資源。

2.5棉花基因組研究

棉花是重要的天然纖維和油料作物,也是研究多倍體進化和作物馴化的重要模式植物。南京農業大學張天真等課題組通過將栽培棉與野生棉對比,繪制出了棉花表觀遺傳基因的“甲基化基因圖譜”,對野生棉和栽培棉之間超過1200萬個的差異甲基化胞嘧啶進行分析,鑒定出519個表觀等位基因(epialleles),這些基因可能在異源四倍體棉花的進化和馴化過程中發揮作用。同時本研究還重點分析了光周期敏感基因COL2在野生棉和栽培棉中因甲基化水平的差異,而導致不同的光周期敏感性和適合種植區域,表明了DNA甲基化在棉花馴化過程中的重要作用以及育種上的用途。棉花甲基化基因圖譜展示了棉花基因組在進化過程中的DNA甲基化變化的一系列特點,為幫助研究人員選育出高產、優質、多抗的棉花新品種提供了重要參考線索。通過對318份棉花地方品種和現代改良品種(系)的全基因組重測序,分析了基因組的遺傳變異和種群結構,揭示了現代改良棉花品種高產優質的遺傳基礎和演化規律。通過對中國地區種植的258份棉花種質進行全基因組關聯分析,鑒定了119個與產量、纖維品質、黃萎病抗性等關聯位點。并發現了兩個參與乙烯途徑的基因與棉花增產相關。本研究為棉花精準育種和改良提供了基因組學基礎,具有非常重要的理論和應用價值。

目前,生產上主要棉花栽培種為異源四倍體陸地棉(Gossypium hirsutum L.),陸地棉具有很長的馴化和栽培歷史,長期的人工馴化選擇了一些優異的變異,改變了陸地棉的主要農藝性狀,但卻不可避免得造成陸地棉遺傳資源的流失。中國的陸地棉遺傳多樣性較為單一,遺傳資源狹窄,使得棉花遺傳育種工作長期以來進展緩慢。張獻龍等從世界各地收集了31份棉花野生種和321份栽培種進行全基因組重測序。對包括單堿基多態性(SNP),插入/缺失(InDel)和結構變異(SV)進行檢測構建了陸地棉的基因組變異圖譜。通過將野生種與馴化種進行比較,分析控制陸地棉的纖維產量和品質這些性狀改變的遺傳學基礎,在全基因組范圍內鑒定了93個馴化選擇區間囊括了1777個基因,涉及植株形態、產量、纖維品質以及黃萎病抗性等諸多農藝性狀。研究人員還對267份棉花材料進行全基因組關聯分析,鑒定出19個與纖維質量相關的顯著位點,其中16個位點以前未見報道,可進一步用于對棉花纖維品質的遺傳改良,同時該研究還對非編碼區的調控變異進行分析,鑒定了大量啟動子上的順式調控元件和增強子元件,此外還提供了棉花的馴化過程A和D兩個亞基因組存在不對稱選擇的證據,以上結果為棉花優異等位基因的挖掘和農藝性狀的改良提供了重要參考。

2.6大豆重要性狀遺傳網絡解析

大豆(Glycine max(L.)Merr.)是人類蛋白質和油類的主要來源之一,是一種非常重要的糧油飼料作物。目前我國大豆主要依賴進口,大豆生產面臨非常嚴峻的形勢,這為大豆育種提出了巨大的挑戰。中國科學院遺傳發育所田志喜等課題組通過對800多份大豆材料進行全基因組關聯分析,深入解析了大豆84個農藝性狀間的遺傳調控網絡,確定了245個重要的遺傳基因位點,明確了14個與脂肪酸積累相關的基因,為大豆的分子設計育種提供重要的理論基礎。利用連鎖不平衡分析,發現大豆的51個不同農藝性狀可通過115個關聯位點相互聯系起來,形成復雜的、多性狀、多位點的遺傳調控網絡,其中23個關聯位點起到了關鍵調控作用,并對其中部分位點在不同性狀耦合中的作用進行了驗證。大豆的產量性狀是一個多基因控制的復雜性狀,該研究通過對大豆產量性狀進行解析,明確其遺傳調控網絡和關鍵調控單元,對大豆的分子設計育種具有重要的指導意義。

2.7珍珠粟基因組研究珍珠粟

(Cenchrus americanus(L.)Morrone)是一種異花授粉的二倍體植物,主要分布在非洲、印度及南亞等地,具有耐干旱、耐貧瘠、耐酸等優良特性。作為一種C4作物,珍珠粟具有非常高的光合效率和生物學產量,而且營養豐富,在半干旱地區的糧食種植產業中有著重要的地位。研究人員采用二代測序技術,對珍珠粟全基因組進行了測序、成功組裝了7條染色體。根據估計,珍珠粟的基因組大小為1.76Gb,其中80%以上的基因組序列為重復序列,存在超過38000個基因,并注釋了27000多個基因。科研人員在珍珠粟基因組中驗證了378個與植物抗性相關的NBS基因,其中有26.2%和25.7%分別位于4號和1號染色體,與報道的霜霉病抗性位點吻合。同時還發現與耐熱和耐旱相關的基因家族在基因組中富集。通過對珍珠粟的馴化和進化史進行分析,發現栽培群體可能起源于西非中部的野生群體。并鑒定了栽培品種在馴化過程的受選擇區域以及相關基因,通過對珍珠粟近交種質群體的288個測交后代進行了20個性狀的GWAS分析,發現每穗實粒數等15個產量性狀與1000多個標記存在關聯,這些標記將可能用于珍珠粟的遺傳育種。珍珠粟基因組相關研究成果的公布將會有助于人們了解珍珠粟的遺傳資源,并最終加速珍珠粟的品種培育。

2.8藜麥基因組研究

藜麥(Chenopodium quinoa Willd.)為一年生四倍體草本植物,具有耐干旱、鹽堿、病蟲害等特性,同時藜麥富含極高的營養價值是開發潛力巨大的一種作物資源。但是目前對于藜麥的基因組研究卻相對缺乏,以沙特為首的國際團隊,綜合利用PacBio測序技術、結合Bionano光學圖譜、Hi?C技術以及遺傳圖譜組裝得到了1.39Gb大小的高質量的藜麥參考基因組序列(基因組大小估值1.45~1.50Gb),獲得注釋的基因大約有44776個,該基因組64%由重復序列構成,包含大量的長末端轉座因子。為進一步了解藜麥的基因組結構和進化史,作者對藜麥A基因組二倍體C.pallidicaule Aellen和B基因組二倍體C.suecicum J.Murr進行了測序,并對亞基因組的結構和組成進行了分析,初步估計藜麥的四倍化大約發生在3.3百萬~6.3百萬年前。并通過對15個來源于高原和沿海的藜麥樣本以及祖先種進行了重測序,進化樹分析表明藜麥是在一次獨立事件中從C.hircinum Schrad.馴化而來,而高原藜麥和沿海藜麥可能在各自的環境中獨立馴化而來。最后D.E.Jarvis等對藜麥皂素產生的相關基因進行分析,為藜麥的遺傳改良奠定了基礎。

2.9橡膠草基因組研究

橡膠草(Taraxacum kok?saghyz L.E.Rodin)是多年生的二倍體草本植物,根部可產生高質量的天然橡膠和菊糖。具有地理適應范圍廣、生長周期短、組織培養及基因編輯容易等特點,被認為是一種理想的產膠備選經濟作物和科學研究的模式植物。中科院遺傳發育所所李家洋課題組利用PacBio單分子測序技術獨立組裝完成了大小為1.29Gb橡膠草基因組草圖,分析表明橡膠草基因組包含46731個預測基因和多達68.56%的重復序列。鑒于橡膠草的自交不親和性,本研究通過對基因組雜合區進行檢測,發現了橡膠草基因組中與自交衰退相關的可能候選區域。此外通過比較產膠植物與非產膠植物之間的基因組,鑒定了橡膠草中橡膠合成途徑和菊糖合成途徑的相關基因及其表達情況,并闡述了橡膠合成過程中兩個關鍵基因家族CPT/CPTL和REF/SRPP的進化進程。該研究成果標志著對橡膠草分子生物學研究進入了后基因組時代,將推動我國橡膠產業的發展。

來源:《植物遺傳資源學報》,2018,19(3):383?389

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