【文彙報】燕麥怎樣“抗病”?韓斌院士研究組合作完成燕麥基因組草圖繪制並破解謎團

文章來源:分子植物科學卓越創新中心  |  發布時間:2021-05-09  |  【打印】 【關閉

  

  2021年5月7日,中國科學院分子植物科学卓越创新中心(CEMPS)、中國科學院-英国约翰英纳斯中心植物和微生物科学联合研究中心(CEPAMS)韩斌研究团队与英国约翰英纳斯中心John Innes Centre(JIC)Anne Osbourn研究团队合作完成了禾本科、燕麦属一年生草本植物二倍体燕麦Avena strigosa基因组序列草图的绘制,并完整地解析了抗微生物防御化合物燕麦素的生物合成基因簇。相关研究成果论文在线发表于国际学术期刊《自然·通讯》上。

  真核生物中非隨機組織的基因在基因組進化和功能中起著重要作用。絕大多數真核生物基因組中並沒有操縱子,但它們又的確包含了一些序列不相關而功能相關並且在物理位置上成簇存在的基因。這些“類操縱子”基因簇中,最引人注目的例子就是植物體內合成特殊代謝産物的基因簇。已有證據表明,這些cluster途徑並不是通過微生物水平基因轉移而産生,但目前人們對其真實的形成機制卻知之甚少。燕麥素是燕麥屬中特異存在的一類抗微生物防禦化合物,其生物合成途徑也是最典型的植物生物合成基因簇之一。

  韩斌研究团队选用了能在根尖特异合成燕麦素的二倍体燕麦物种Avena strigosa,运用三代测序技术Nanopore并辅助光学图谱技术BioNano DLS,以及Hi-C染色体构象捕获技术成功完成了该燕麦基因组高质量染色体级别组装,组装基因组3.53Gb,scaffold N50高达73.4 Mb。燕麦基因组中重复序列大约占基因组的81.1%,结合从头预测、同源蛋白信息以及转录组数据共注释了34,928 个高可信度基因。

  本研究基于组装获得的全基因组信息完整的解析了燕麦素合成基因cluster,确定了燕麦素合成通路的最后两个缺失步骤,并通过本氏烟草瞬时表达重构了整个合成途径。该研究还对基因簇的起源及不同燕麦品种间的差异进行了比较分析。基因组组装和DNA 荧光原位杂交(FISH)结果均表明,燕麦素合成基因cluster位于1号染色体长臂末端的亚端粒区域,并且该基因簇特异存在于燕麦属中。该研究工作为真核生物的基因组可塑性和适应性进化提供了新的见解,为改良小麦和其它谷物抵抗全蚀病和其它疾病提供了分子依据。

  中國科學院分子植物科学卓越创新中心韩斌研究组的高级工程师李艳、研究员赵强以及英国约翰英纳斯中心Aymeric Leveau博士是论文的共同第一作者。中國科學院分子植物科学卓越创新中心韩斌研究员、英国约翰英纳斯中心Anne Osbourn教授为共同通讯作者。这项研究受到中國科學院-英国约翰英纳斯中心植物和微生物科学联合研究中心(CEPAMS)、英国生物技术和生物科学研究委员会(BBSRC)、中國科學院国际合作计划(IPP)和国家自然科学基金委项目的资助。

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