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中国发文量最多,转座子在桃基因组中极其活跃

来源:http://www.ricardocortezcruz.com 作者:nba投注 时间:2019-09-23 04:55

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以上两篇报道揭示了美国和中国杂草稻的起源、进化以及环境适应性的机制,加深了人们对农作物驯化和去驯化遗传机制认识,对于世界范围内的杂草稻的控制与防治乃至全球粮食安全都有着非常积极的意义。

小豆(adzuki bean,Vigna angularis)作为古老栽培作物起源于中国,在全世界30多个国家和地区种植。鉴于小豆高淀粉、低油脂和高营养附加值,被广泛用于食品及保健品中。为了促进小豆的基础和分子育种研究,由北京农学院教授万平与中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员凌宏清和田志喜领衔的研究团队与深圳华大基因研究院合作完成了小豆全基因组测序。 该团队利用第二代测序技术对小豆全基因组进行鸟枪法测序,获得了90.88 Gb有效序列,组装出了Scaffold N50为1.29 Mb的466.7 Mb基因组序列,占小豆基因组的86.11%。利用F2群体的基因组简化测序,构建了高分辨度SNP遗传图,并将372.9 Mb序列铆钉到了小豆相应染色体。基因组注释结果显示44.51%的序列为重复序列,蛋白编码基因34,183个。与已知豆科植物的基因组比较及共线性分析证实小豆与菜豆亲缘关系最近,小豆的多条染色体的基因排列与菜豆染色体间存在很好的共线性。鉴于小豆和大豆籽粒中淀粉(57.06%比25.3%)和油脂(0.59%比22.5%)积累差异,分析了小豆和大豆基因组中淀粉和油脂合成代谢途径基因的组成和拷贝数,以及这些基因在籽粒发育过程中的转录强度,解析了小豆和大豆籽粒淀粉和脂肪积累差异不是由淀粉和油脂合成相关基因数目变化引起,而是由这些基因的转录表达量所导致。对49份野生小豆、半野生小豆、农家品种和现代育成品种的重测序分析发现小豆从野生种到栽培种驯化进程中有强的选择信号,并从基因组水平上证实半野生小豆与栽培小豆的关系近于野生小豆,推测半野生小豆是小豆驯化过程中的初始农家种。 小豆基因组测序的完成,将促进小豆重要农艺性状基因的鉴定与克隆和分子育种,提升中国小豆的研究水平。获得的基因组信息为比较基因组学研究提供丰富的数据资源,也有助于豆科物种进化和驯化关系研究,解析豆类植物在长期进化过程中代谢差异形成的分子机制。 该研究成果于10月12日在美国科学院院报PNAS 杂志在线发表。北京农学院教授杨凯、中科院遗传发育所研究员田志喜、华大基因研究院的陈春海和罗龙海为共同第一作者,北京农学院教授万平、中科院遗传发育所研究员凌宏清、华大基因研究院研究员王俊以及国际半干旱作物研究所的Rajeev K. Varshney博士为共同通讯作者。该项目受到北京市教委基础研究与技术创新项目(PXM2014_014207_000017)和国家自然科学基金委项目(31371694,31272238)的支持。 文章链接nba投注 2 小豆基因组结构。灰色线条连接染色体间的复制基因,小豆的11条虚拟染色体,各染色体上GC含量分布图,各染色体上重复序列分布密度图,各染色体上基因分布密度图,各染色体上表达基因密度分布图,各染色体上简单重复序列分布密度图,各染色体上单核苷酸多态性分布密度图。

“磨山”转座子在桃基因组中的分布及其对基因表达的潜在影响

对于粗山羊草的测序工作,中国农科院贾继增研究团队也在同时进行,他们利用最新的技术,对小麦D基因组的供体粗山羊草进行重新测序与组装,成功将92.5%基因组序列锚定到染色体上,完成了D基因组序列的测定。研究人员通过对粗山羊草基因组的序列进行分析,绘制了包括基因位点分布、基因表达、假基因分布、甲基化分布、重组率、microRNAs分布以及转座因子分布信息的基因组特征图,重点分析了TE对基因组进化、基因结构以及基因表达的影响。研究发现,粗山羊草基因组中有近1/2的基因中携带有TE,而TE通常还会抑制基因的正常表达。研究结果还表明在粗山羊草基因组中近期发生了一波基因复制事件。该研究还首次将小麦分子标记和之前检测到的重要农艺性状基因和QTL整合到小麦D基因组上,获得一个完整的高精度整合图谱。将极大促进小麦基因克隆和分子育种工作。

研究成果以Evolutionary origin of Rosaceae-specific active non-autonomous hAT elements and their contribution to gene regulation and genomic structural variation 为题发表于Plant Molecular Biology,揭示了转座子对于桃品种间遗传多态性的贡献,研究结果为桃的驯化历史和品种进化提供了佐证,又为桃等作物的品种差异与品种形成提供了研究工具与理论素材。

进一步通过对3类杂草稻中与水稻驯化以及改良相关的基因进行分析,在PROG1、OsLG1这3个代表驯化早期的基因中,3类杂草稻的变异位点与栽培稻一致,表明了杂草稻起源于驯化后的栽培稻祖先,支持了去驯化是杂草稻起源的这一观点。而在大部分改良型基因位点,SH型杂草稻变异和中国杂草稻以及栽培稻一致,而BHA类杂草稻与野生稻更为一致,表明杂草稻的进化在水稻驯化的早期和晚期都有可能发生。研究人员进一步分析了形成杂草稻特性的遗传学基础,发现杂草稻中维持基本生物过程的基因并没有显着增加,与组织发育、与抗逆相关的基因可能在不断富集,这与杂草稻有着较快的生长速度以及较强的抗逆性可能不无关系。同时,与杂草稻适应性的相关基因通常成簇存在,形成少数的基因组岛,暗示了杂草稻进化过程的选择仅发生在基因组相对较小区域的位点上。这些基因组岛与目前已定位的与杂草稻驯化相关的QTL位置吻合。

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nba投注,现代栽培玉米是大约9000多年前由生长在低海拔地区的野生大刍草驯化而来。众所周知,驯化过程对作物来说,意味着优异的基因资源丢失以及遗传多样性丧失。利用野生资源进行作物的遗传改良越来越受到育种学家的重视。而大刍草(Zea mays ssp. mexicana Iltis)可以与现代栽培玉米进行自由杂交。从而实现优异基因渗透,为现代栽培玉米育种和改良提供了一条新途径。华中农大严建兵等课题组利用玉米Mo17与大刍草类蜀黍的回交重组自交系群体,结合二代和三代测序技术,组装出了较高质量的玉米Mo17和mexicana基因组,基因组大小分别为204Gb和120Gb。预测的高可行度基因为40003个和31387个。通过比较发现同属玉米属的Mo17、B73以及mexicana三者基因组存在较大的结构变异,研究人员进一步调查了895个近交系,发现10.7%的玉米基因组与mexicana基因组存在基因渗透,暗示了大刍草可能为玉米的环境适应性提供了基因资源。本研究可深入挖掘来自野生玉米材料中的优异基因,为玉米的遗传改良提供了宝贵的基因资源。

中国科学院武汉植物园助理研究员王鲁在研究员韩月彭的指导下,对桃基因组中的一类hAT-MITE转座子的染色体位置分布与功能基因的相互关系进行了研究。发现“磨山”转座子在桃基因组中极其活跃,拷贝数扩张到接近500份,其中39个转座子插入到基因区域。在栽培种和观赏用品种中进行的全基因组重测序比较分析发现,相对于亲缘关系很近的桃参考品种,不同的栽培或观赏用桃品种基因组中均有约200个甚至更多的“磨山”转座子新插入位点。该研究还揭示了“磨山”转座子对基因功能的调控作用,以及它本身的起源和进化历史。

杂草稻是一类具有栽培稻外表、杂草特性的水稻,因其具有较强的适应性、生育期短、易落粒、种子休眠时间长等特点,在田间能够与栽培稻竞争光、水分和养分,对水稻的产量与品质危害极大。美国的杂草稻从形态学上主要分为SH、BHA两大类,以华盛顿大学Olsen教授领衔的中美科研人员,通过对美国本土的18个SH和20个BHA杂草稻进行全基因组测序,并与145种已公布的水稻基因组序列(包括89种栽培稻、53种野生稻和3种中国中部杂草稻)进行比对分析,结果表明SH和BHA类杂草稻分别与东南亚籼稻以及aus稻亲缘关系较近,而中国杂草稻则属于中国籼稻类型。通过比较中美杂草稻基因组中栽培稻和野生稻特有SNPs的分布比例,研究人员发现中国杂草稻包含大部分栽培稻的特异SNPs,而美国杂草稻基因组中野生稻特异SNPs比例要高于栽培稻SNPs,BHA类杂草稻SNPs的分布比例竟与野生稻高度相似,表明中国杂草稻与栽培稻关系更近,而美国杂草稻则不然,BHA类杂草稻与野生稻的亲缘关系更近。从进化时间上看,3类杂草稻均要晚于水稻驯化以及品种内部分化时期。

桃原产于我国,驯化和栽培历史超过三千年,桃花形态和颜色多样,集中在早春时节开放,成为春季主要的观赏景观之一,自2千多年前成书的《诗经》开始,一直是历代诗人反复歌咏的对象。而桃的果实风味鲜美、营养丰富,深受人们喜爱。桃自交亲和且基因组很小,但品种间的表型差异相当丰富。

中国机构表现较突出,共有6个机构进入该领域论文数量TOP10行列。中国农业科学院发文量为31篇,排名第1;其次是华中农业大学和中国科学院,论文数量各为22篇;南京农业大学发文19篇,排名第3。

中国是一个水稻生产大国,杂草稻对我国粮食安全的危害近年来日趋严重。无独有偶,浙江大学樊龙江等课题组也对国内的杂草稻起源与进化进行了相关的报道。研究人员通过收集我国境内杂草稻危害最为严重地区:江苏、广东、辽宁和宁夏4地的155份杂草稻和76份当地栽培稻品种进行了全基因组重测序和群体分析,发现4地的杂草稻群体各自相互独立起源于栽培稻,其中江苏、广州杂草稻起源于籼稻,而辽宁、宁夏的杂草稻则起源于粳稻,且在起源过程中遭受了强烈的短期遗传瓶颈效应。进一步分析发现虽然4个杂草稻群体起源多样,但是在7号染色体60~64Mb区间内存在趋同进化区域,包含决定种皮颜色基因Rc和一系列编码水稻过敏性蛋白在内的15个关键基因。这些基因可能在杂草稻的起源和进化过程中扮演了重要的角色。通过对等位基因的频率变化分析发现,已有变异对于杂草稻的环境快速适应性起到了关键作用,而新突变对于杂草稻尤其是籼型杂草稻的进化作用明显。同时研究还表明杂草稻基因组上发现很多区域受到了平衡选择信号,这有助于杂草稻产生更多的遗传多态性以适应复杂的生存环境。

粗山羊草基因组中转座子序列约占84.4%,其中主要是占65.9%长末端重复反转录转座子,Gypsy和CACTA分别是最丰富的RNA和DNA转座子超家族。而新发现的1113个TE家族中大多数的拷贝数较少。通过对基因组序列的分析,研究人员共注释了83117个基因,包括39622个高可信度的基因以及43495个低可信度的基因,其中38775个高可信度基因可锚定到染色体上,但这些基因中只有5050个是单拷贝基因。通过与短柄草、水稻、大麦、高粱以及拟南芥的基因组中注释的基因相比,粗山羊草的基因具有最长的平均外显子和转录本,而外显子平均数目却少于上述物种。同时研究人员还对小麦特异基因和抗病基因进行了分析,并研究了基因在染色体上的分布规律以及与重组率之间的关系,这些研究成果为小麦新基因的发掘和应用、小麦的品种改良、小麦的进化与多倍体研究以及比较基因组学研究都有着重要的意义。

野生二粒小麦(T.turgidum subsp. dicoccoides是栽培小麦的四倍体祖先种。以色列等多国研究人员对野生二粒小麦种质Zavitan进行了全基因组鸟枪法测序,结合3DHi⁃C数据和遗传图谱信息将105Gb基因组序列组装到14条染色体中,其中101Gb序列能锚定到14条染色体上。同时,研究人员对野生二粒小麦不同发育阶段的各个组织进行了RNA测序。建立了65012个高可信度的基因模型并分析了相关基因的分布。同源性分析进一步表明,在亚基因组间的,有72.3%的基因都有其同源基因。全基因组中,有82.2%的序列注释为转座子序列,而且这个比例在不同亚基因组间大致相当,主要由长末端重复逆转录转座子组成。研究人员还对一个大麦关键驯化基因TtBtr1进行研究,在野生小麦驯化的过程中,麦穗变得不易破碎,从而表现为不易落粒。通过构建定位群体,研究人员发现了调控麦穗脆性表型的基因组区域,并最终推测驯化小麦含有的TtBtr1⁃A和TtBtr1⁃B等位基因变异可能引起蛋白质功能丧失,导致麦穗不易破碎。同时作者还检测了二粒小麦中可能受到选择的驯化区域,发现与野生二粒小麦相比,栽培二粒小麦间遗传多样性仅略微降低。

2、基因组学研究态势分析

1、基因组学领域论文分析

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