作者:高雅丽 来源:中国科学报 发布时间:2019/12/17 11:00:52
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染色体级别橡胶树参考基因组图谱绘就
 
记者从昆明植物所获悉,由该所和云南省热带作物科学研究所、华南农业大学基因组学与生物信息学研究中心组成的研究团队在国际上首次获得了达到染色体级别的高质量巴西橡胶树优良品种 GT1的参考基因组序列,并揭示了大戟植物基因组的染色体进化、胶乳生物合成与橡胶树的驯化。相关研究成果发表在《分子植物》杂志。
此项研究由热带作物种质资源与基因组学云南省创新团队首席科学家、昆明植物所研究员高立志带领团队历经6年完成。研究期间,科研团队在完成了二代基因组测序与组装的基础上,进一步克服了橡胶树基因组庞大、高杂合与高重复等困难,利用单分子实时测序(SMRT)和 Hi-C 技术,获得了这一成果。
据科研人员介绍,目前我国天然橡胶年产量不足年消费量的20%,远低于国际公认的30%安全保障线,巴西橡胶树的种质资源与基因组学研究是国际上竞争激烈的热点领域。2013~2016年,马来西亚、泰国和中国的研究团队利用二代或者二代与三代测序杂合组装技术共发表了4张橡胶树的基因组草图。“但是,这些研究依然没有突破大戟科植物基因组的染色体如何进化、为什么橡胶树能高产胶乳、橡胶树在近一个世纪如何被驯化重大科学问题。与此同时,橡胶树的高产、抗病、抗旱、抗寒等重要经济性状的基因组选择育种与优异基因资源的发掘利用,也亟需获得达到染色体级别的高质量橡胶树参考基因组图谱。”高立志表示。
与之前发表的基因组草图比较分析表明,该研究将组装获得的约 1.47 Gb 的基因组序列挂载到了 18 条假染色体上,基因组图谱在组装准确性与完整性上都得到了极大的提升。研究进一步证实,在木薯属与橡胶属分化之前,二者共同的祖先曾发生过古多倍化事件;通过染色体水平上的比较基因组学分析,研究人员首次构建了大戟植物的染色体演化模型。研究人员对高质量的橡胶树参考基因组序列进行分析发现,在与木薯分化之后,橡胶树基因组在最近的一千万年以来有三个LTR逆转录转座子家族发生了快速爆发,这使得橡胶树基因组增大了890 Mbp。
除此之外,该研究得到了与整个胶乳生物合成相关的基因家族,并解析了胶乳生物合成途径、重要基因的表达式样,发现与基础代谢过程、乙烯生物合成以及与乳胶停排相关的多糖和糖蛋白凝集素活动相关基因的显著扩张。研究人员还构建了第一张代表性野生和栽培橡胶树的基因组变异精准图谱,获得约1,570万个高质量的SNPs。
高立志说:“巴西橡胶树这一重要参考基因组的获得、胶乳生物合成代谢通路的解析、栽培和野生橡胶树基因组变异精准图谱的构建以及栽培橡胶树驯化的认识,对我国未来橡胶优异种质资源的保护、发掘与育种利用具有重要的战略意义。”
论文链接:https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30402-2。

 

 
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