【中國科學報】多年生禾本科芒屬南荻基因組序列草圖繪制成功

文章來源:分子植物科學卓越創新中心  |  發布時間:2021-04-30  |  【打印】 【關閉

  

  中國科學院分子植物科学卓越创新中心韩斌院士研究组与中科院植物所桑涛研究组长期合作,成功完成了多年生禾本科芒属南荻基因组序列草图的绘制,相关研究成果4月28日在线发表于《自然—通讯》。

  南荻(Miscanthus lutarioriparius)是中国特有的一类芒属(Miscanthus)植物,是一种很有应用价值的木质纤维素生物乙醇原料和生物质材料。南荻的年均干生物质产量要高于芒(M. sinensis)、荻(M. sacchariflorus)和五节芒(M. floridulus)。基因组较大且重复序列含量高,南荻基因组一直被视为较难测序组装的复杂植物基因组。

  韩斌研究组利用纳米孔技术和高通量染色体构象捕获技术(Hi-C)对中国特有的多年生禾本科芒属物种——南荻基因组进行了测序组装和分析,构建了第一个染色体级别的高质量南荻基因组序列,序列总长为2.07 Gb,覆盖了南荻全基因组的96.64%,包含919个scaffolds,contig N50为1.71 Mb。约94.30%的序列通过Hi-C数据锚定到了19条染色体上,且鉴定到19条染色体的着丝粒序列和第10号染色体的端粒序列。通过对19条染色体的着丝粒区微卫星重复序列的分析,证实了南荻的异源四倍化起源假说,且进一步将19条染色体分配到了两个亚基因组。南荻基因组注释包含68328个蛋白编码基因,其中94.75%的基因位于19条染色体上。南荻基因组中重复序列约占基因组的69.27%。通过南荻与其它禾本科植物的比较基因组分析确证了南荻基因组内近期的全基因组加倍事件(WGD),同时鉴定到一系列的染色体结构变异,这些染色体结构变异(包括染色体融合事件),加速了南荻在全基因组加倍之后的二倍化进程。本研究同时也组装了一个南荻叶绿体基因组序列,通过与公开的芒属植物叶绿体基因组序列的系统发育分析,确定了本研究的基因组测序材料与已发表的南荻叶绿体基因组具有最近的亲缘关系。基于叶绿体基因组序列的系统发育分析为芒属物种的进化和分类关系提供了新的证据。

  這項研究還對南荻重要性狀相關的基因家族,包括細胞壁生物合成、重金屬離子轉運、抗病和C4光合途徑相關基因進行了鑒定分析。除了最近的全基因組複制外,串聯複制在這些基因家族的規模擴大中也發揮了重要作用。轉錄組數據顯示大部分重複基因在所有轉錄組樣本或預期樣本中表達水平極低。這些相關基因爲解析南荻重要性狀的遺傳基礎和開展分子輔助育種奠定了基礎。也爲更好的開展水稻等植物的環境適應性研究,以及探索植物多年生的遺傳機制提供了參考。

  这项研究受到中國科學院和国家自然科学基金委项目的资助。

  相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-021-22738-4

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