作者:李晨 来源:中国科学报 发布时间:2023/4/11 20:52:50
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基于同源基因簇的水稻泛基因组综合数据库建成

 

近日,华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室、湖北洪山实验室教授张建伟课题组联合国内外高校与科研机构在《自然—通讯》与《分子植物》连续发表两篇研究论文。这两项工作以代表亚洲稻群体结构的高质量基因组为研究对象,构建并全面分析了基因组倒位图谱,建成首个基于同源基因簇的水稻泛基因组综合数据库。

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亚洲栽培稻(Oryza sativa)是世界一半人口的主食。预计2060年至2070年世界人口将增加到约100亿,科学研究人员迫切需要培育产量高、营养丰富、绿色环保和气候适应性更强的新品种。据记载,全球共有多达五百万份水稻种质及其野生近缘种,而这些资源的基因组变异中(单核苷酸多态性、插入缺失、倒位和易位等)蕴藏着品种改良的重要宝藏,对其开展基于泛基因组的多组学研究具有重要意义。

张建伟课题组致力于构建大量水稻铂金标准高质量参考基因组,在泛基因组水平挖掘大型结构变异在群体演化中的作用,搭建高效实用的泛基因组平台,以期为筛选水稻高产优质性状和精准育种奠定基础。

该课题组《自然—通讯》论文详细报道了利用覆盖群体结构的73份亚洲稻(AA基因组)和2份野生稻(O. rufipogon 和O. Punctata)组成的高质量泛基因组,构建了泛基因组水平的稻属大片段基因组倒位结构变异图谱。该图谱含1769个非冗余倒位片段,覆盖水稻品种日本晴29%的基因组序列。

通过对比亚洲稻与野生稻发现了885个亚洲稻特有基因组倒位变异、96个O. rufipogon(AA基因组)特有倒位变异和322个O. punctata(BB基因组)特有倒位变异。演化史比较研究发现,基因组倒位发生频率可高达每百万年700次,远高于之前研究结果。此外,该研究还发现大量基因组倒位参与了调控水稻基因表达和遗传重组率等多项生命功能。

同期,该课题组在《分子植物》介绍了首个基于同源基因簇的泛基因组数据库——水稻基因索引数据库(Rice Gene Index,RGI)。水稻基因索引数据库为用户提供丰富的模块和工具,方便研究人员对不同种质基因以及基因同源关系进行查询、分析和可视化,为全球水稻研究学者提供免费在线检索和分析服务。

该平台为每个水稻基因建立一张“综合图文信息卡片”,可实现不同功能和常用数据库之间的快速链接,记录包括性别、基因通用名、序列、功能、表达等基本信息,并以可交互示意图展示该基因转录本结构、可变剪接事件、同源关系网络图和系统发育树等。除此之外,研究人员可以通过关键词、序列、同源关系等三种方式在数据库中进行搜索,并在微观和宏观尺度对种质间基因组共线性进行分析和可视化。

两项工作均受到华中农业大学启动费、自主科技创新基金项目和湖北洪山实验室等资助,并受华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室生物信息计算平台的支持。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41467-023-37004-y

https://doi.org/10.1016/j.molp.2023.03.012

 
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