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我國科學家獲得首個染色體級別橡膠樹參考基因組圖譜

 本網訊(記者 焦宏)由云南省熱帶作物科學研究所特聘研究員、中國科學院昆明植物研究所研究員、熱帶作物種質資源與基因組學云南省創新團隊首席科學家高立志教授帶領的云南省熱帶作物科學研究所、中國科學院昆明植物研究所和華南農業大學基因組學與生物信息學研究中心的聯合研究團隊,歷經 6 年,與華大基因、美國華盛頓大學、哈佛大學等單位合作,在完成了二代基因組測序與組裝的基礎上,進一步克服了橡膠樹基因組龐大、高雜合與高重復等困難,利用單分子實時測序(SMRT)和 Hi-C 技術,在國際上首次獲得了達到染色體級別的高質量巴西橡膠樹優良品種 GT1的參考基因組序列,并揭示大戟植物基因組的染色體進化、膠乳生物合成與橡膠樹的馴化。該成果以 “The Chromosome-based Rubber Tree Genome Provides New Insights into Spurge Genome Evolution and Rubber Biosynthesis ” 為題發表在國際植物學頂尖刊物 Molecular Plant。

論文截圖。

論文第一作者、云南省熱帶作物科學研究所柳覲研究員介紹,與以前發表的基因組草圖比較基因組學分析表明,該研究獲得的基因組圖譜在組裝準確性與完整性上都得到了極大的提升;將組裝獲得的約 1.47 Gb 的基因組序列掛載到了 18 條假染色體上;研究進一步證實,在木薯屬與橡膠屬分化之前二者共同的祖先里發生過古多倍化事件;通過染色體水平上的比較基因組學分析首次構建了大戟植物的染色體演化模型;通過對該高質量的橡膠樹參考基因組序列的分析發現,在與木薯分化之后,橡膠樹基因組在最近的一千萬年以來有三個LTR逆轉錄轉座子家族發生了快速爆發,使得橡膠樹基因組增大了890 Mbp (約 60.44%);該研究鑒定得到與整個膠乳生物合成相關基因家族并解析了膠乳生物合成途徑及重要基因的表達式樣,發現與基礎代謝過程、乙烯生物合成以及與乳膠停排相關的多糖和糖蛋白凝集素活動相關基因的顯著擴張;該研究最后還構建了第一張代表性野生和栽培橡膠樹的基因組變異精準圖譜,獲得約1,570萬個高質量的SNPs。

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橡膠樹基因組圖譜及其特征。

 大戟科植物基因組的染色體進化。

據了解,盡管橡膠樹僅有一個多世紀的的馴化歷史,該研究鑒定到數百個與馴化相關的候選基因,它們在栽培橡膠樹中比起野生橡膠樹具有極低的基因組多樣性,其中有些基因與膠乳的生物合成密切相關。巴西橡膠樹這一重要參考基因組的獲得、膠乳生物合成代謝通路的解析、栽培和野生橡膠樹基因組變異精準圖譜的構建以及栽培橡膠樹馴化的認識,對我國未來橡膠優異種質資源的保護、發掘與育種利用具有重要的戰略意義。該研究為橡膠樹的高產、抗病、抗旱、抗寒等重要經濟性狀的基因組選擇育種與優異基因資源的發掘利用提供了染色體級別的高質量橡膠樹參考基因組圖譜。

橡膠樹基因組大小與反轉錄轉座子家族的進化。

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橡膠樹膠乳的生物合成與REF/SRPP 與 CPT 基因家族的擴增。

據悉,該項研究獲得了云南省熱帶作物科學研究所自主部署項目“云南省熱帶作物科學研究所橡膠樹基因組測序項目”、“熱帶作物種質資源與基因組學云南省創新團隊”等項目的支持。

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橡膠樹的基因組變異、群體分化與馴化。



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