作者:李晨 来源:中国科学报 发布时间:2020/5/20 16:13:29
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基因组分析揭示栽培桑树是二倍体
白桑、鲁桑、山桑和瑞穗桑实为同一物种

 

 白桑品种“湖桑32”的染色体和基因组组装(14条染色体)        西北农林供图

5月16日,《分子植物》在线发表桑树物种分类、染色体组倍性鉴定和湖桑起源的最新研究成果。该研究由西北农林科技大学蚕桑丝绸研究所、动物科技学院和西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室、蚕学与系统生物学研究所联合完成。

继西南大学获得野生川桑基因组框架图以来,这是桑树学研究又一重大突破,为桑树进化、性状改良和功能基因研究提供了理论基础,改变了桑树基础研究进展迟滞的局面,为解决生产瓶颈问题提供了理论依据。

桑树栽培历史已有5000余年,古农书中多有记载。虽分为各种类型,但缺乏科学系统的物种分类。论文共同通讯作者、西北农林科技大学教授钱永华介绍,他们首次用基因组数据明确了栽培桑树物种分类,认为白桑、鲁桑、山桑和瑞穗桑都属于一个物种,即白桑(Morus alba L)。

该研究针对目前桑树分类存在的分歧,对国内132份栽培桑树(除广东桑外)进行了重测序,利用得到的14Mb SNP对广东桑以外的其余四种桑树进行了聚类分析,未得到与形态分类相似的聚类结果,基因组数据支持《中国植物志》中将白桑、鲁桑、山桑和瑞穗桑这4种栽培桑树种合并的结论。

以白桑种为代表的栽培桑树染色体倍性是一个广泛争议的问题。他们首次报道了栽培桑树白桑“湖桑32”的参考基因组,并证实28条染色体的栽培桑树属于二倍体。

借助基因组三代测序和Hi-C技术组装到染色体级别的基因组,并利用物种内和物种间共线性分析发现,白桑只具有双子叶植物共有的γ六倍化事件,并没有发生新的全基因组加倍事件。

通过细胞学观察发现,白桑在减数分裂过程中,28条染色体形成规则的14对二价体,花粉活性达到90%左右。这些证据表明,28条染色体的白桑属于二倍体。

此外,通过进化分析推测,野生川桑和栽培桑树分歧已经1000万年。论文共同通讯作者、西北农林科技大学教授姜雨说,这为基因组时代多年生木本植物的倍性基础研究提供了一个范例,利用基因组数据鉴定桑树倍性的方法对多年生木本植物的倍性研究具有重要的借鉴价值。

该项研究还证实,分布于江浙地区的湖桑是经过长期的强烈人工选择之后形成的一个独特品种支系。湖桑是分布于杭嘉湖地区的优良栽培桑树品种群体,对于南宋以来该地区蚕桑业的繁荣和区域经济社会发展具有重要价值。古农史学研究对其起源进化关系长期存在争议,一直缺乏实验证据支持。

他们对中国和日本的134份桑树品种的重测序分析表明,中国桑树品种与日本桑树品种遗传距离较远,湖桑品种群体与来自于北方和西南地区的桑树品种具有明显的分化距离。与其它品种相比遗传多样性显著低下,具有明显的人工选择信号。

由此判断,杭嘉湖地区的湖桑品种具有比较古老独特起源,为一个独特的品种支系。这与崧泽遗址的孢粉学研究和吴兴钱山漾考古学证据可以相互印证。也与自宋代以来,蚕丝业生产重点产区转移至杭嘉湖地区,选育出高产优质的湖桑品种的历史相吻合。

据悉,白桑基因组数据已上传至NCBI数据库,登录号分别为:基因组PRJNA597121、重测序PRJNA597170和转录组PRJNA597172。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.05.005

 
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