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    科研團隊系統研究沙棘基因組染色體進化 為選擇育種奠定基礎

    發布時間:2022-04-02 11:31:01 來源:科技日報 責任編輯:caobo

    近日,中國林業科學研究院林業研究所張建國研究員團隊在沙棘染色體進化及重要經濟性狀的調控機制研究方面取得新進展。研究首次組裝了沙棘亞種-蒙古沙棘染色體級別的基因組,并結合比較基因組、轉錄組、代謝組以及重測序等方法,系統研究了沙棘基因組染色體進化以及調控果實中脂肪酸和抗壞血酸合成的關鍵基因,解析了沙棘重要經濟性狀形成機制,豐富了進化基因組研究的數據資源,為開展沙棘全基因組選擇育種奠定基礎。相關成果以《基于基因組學和群體遺傳學揭示沙棘染色體進化及重要活性物質的驅動作用》(Genome sequence and population genomics provide insights into chromosomal evolution and phytochemical innovation of Hippophae rhamnoides)為題發表在《植物生物技術》(Plant Biotechnology Journal)上。

    沙棘屬(Hippophae L.)是胡頹子科(Elaeagnaceae)中最具經濟價值和生態功能的一種具有固氮功能的一個屬,廣泛分布于歐亞大陸,面積約有150萬公頃。沙棘除了作為防風固沙和水土保持的“先鋒樹種”,還因其果實富含維生素C、不飽和脂肪酸、黃酮類化合物、甾醇類化合物等200多種生物活性物質和營養成分,在心血管病防治、癌癥治療、燒傷和燙傷的快速修復等方面具有很高的醫療價值,是一種藥食同源樹種,被稱為“VC之王”和“超級水果”。沙棘作為多用途樹種被國家林業和草原局列為優先發展的重要經濟林樹種之一。

    研究團隊利用第三代PacBio、二代Illumina和HiC技術,對蒙古沙棘(H.rhamnoide ssp.mongolica)進行了全基因組測序和組裝。蒙古沙棘(2n=24)基因組全長849.04 Mb,重復序列占67.81%,共注釋到30,864個基因,Contig N50和Scaffold N50分別為2.15 Mb和69.52 Mb。研究發現,沙棘與核心真雙子葉植物共享全基因組六倍體化事件(γ事件)后,又經歷了兩次最近的全基因組加倍(WGD)事件,分別發生在24-27Mya和36-41Mya。兩次加倍事件促進了沙棘脂肪酸和抗壞血酸生物合成相關基因的擴張,而與LTR重復序列的擴張無關。沙棘基因組相對于其他物種具有更快的進化速率,兩次WGDs后均發生了大規模的基因組分離和重組,導致14條祖先染色體共發生了29次融合,反映了沙棘染色體進化的復雜性。

    長期以來,由于基因組信息的缺失,沙棘脂肪酸和抗壞血酸等重要化學物質的生物合成機制的研究嚴重受阻,染色體進化對這些重要性狀多樣化的貢獻也不十分清楚。該研究對脂肪酸和抗壞血酸含量差異較大的三個沙棘群體(蒙古沙棘野生種、蒙古沙棘栽培種和中國沙棘野生種)進行了重測序,解析了三個群體遺傳結構,聯合比較基因組、轉錄組和代謝組等多組學分析,采用多策略組合掃描受選擇區域,共篩選得到調控沙棘果實不飽和脂肪酸和抗壞血酸含量的FAD2、LOX、GalPP和GGalPP等關鍵基因,并且發現這些基因還受到沙棘基因組WGD的擴張并伴隨基因組分離重組而分散在不同染色體上。

    中國林科院林業研究所在讀博士生于立洋、經濟林研究所博士刁松鋒和林業研究所博士張國昀為論文共同第一作者,中國林科院林業研究所研究員張建國與何彩云、華北理工大學副教授王金朋為論文共同通訊作者。本研究得到了林業公益性行業科研專項重大項目、國家自然科學基金以及中央級公益性科研院所基本科研業務專項的聯合資助。(科技日報記者 馬愛平 通訊員何彩云 段愛國)

    標簽: 科研團隊 沙棘基因組 染色體進化 選擇育種

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