中国科学家完成梅花基因组研究

中国教育装备采购网2012-12-31 09:51围观1694次我要分享

  2012年12月28日,由北京林业大学、深圳华大基因研究院及北京林福科源花卉有限公司等多家单位合作完成的梅花基因组研究成果在《自然• 通讯》(Nature Communication)杂志上在线发表。该研究解析了梅花相关种属的进化起源及其相关性状的分子机制,为进一步探究蔷薇科植物的进化关系奠定了重要的遗传学基础,同时也为相关种属的遗传改良提供了宝贵资源。

  梅(Prunus mume),属于蔷薇科植物,在我国已有3000多年的栽培历史。其生物学特性最为可贵之处在于花期早,可在晚冬及早春时节开花。作为一种重要的观赏植物,梅花花色繁多、花香浓郁、花型极美,在中国与松、竹并称为“岁寒三友”,并被赋予了“坚韧”、“高雅”等精神特质,历来颇受文人墨客推崇,留下诸多咏梅诗篇。此外,梅还有花梅与果梅之分,梅果还可加工成多种产品,极具营养价值。

  长期人工嫁接造成的高度杂合性以及梅花较长的世代周期,增加了梅花基因组的组装难度。在本研究中,科研人员采用新一代测序技术及全基因组酶切图谱技术(WGM)成功克服了组装问题,并通过与限制性酶切位点相关的DNA(RAD)标记测序技术对组装结果进行了进一步的提高,最终成功绘制出237M(预估基因组大小约为280M)的高质量梅花基因组图谱。

  梅花所属的蔷薇科植物的快速进化使其种属间进化关系很难确定。梅花基因组测序的完成,将有助于揭开蔷薇科植物快速进化的谜题。在对梅花的进化分析中,研究人员发现,梅与苹果发生分化后,并没有出现过较近时期的全基因组复制事件。在对梅的古演化史研究中,发现其发生了三倍化重排事件。在梅花全基因组序列图谱的基础上,结合已完成的苹果和草莓基因组序列,研究人员研究了它们在进化过程中的染色体变化,成功重建了蔷薇科植物的九条祖先染色体,并深入分析了苹果属、草莓属和李属三个种属所分别经历的不同的染色体融合、断裂和复制事件。

  此外,研究人员还探索了与梅花花期相关造成其能够在低温下打破休眠并开花的分子机制。他们共鉴定出6个DAM基因(与休眠相关的MADS-box 转录因子)在梅花基因组中串联重复分布,并在DAM基因的上游找到6个CBF基因的结合位点。此外,他们推测DAM基因和过多的CBF(胞嘧啶重复/脱水响应元件结合因子)结合位点是梅花提早解除休眠的关键因子,这使得使得梅对低温非常敏感,从而导致梅花在早春开花。

  在对梅花香味分子机制的研究中,研究人员首次发现了能直接催化生成梅花花香中重要成分乙酸苯甲酯的BEAT基因(苯甲醇乙酰基转移酶基因)。该基因在梅花基因组中显著扩增至36个,且其中12个呈串联重复分布。研究人员推测这些扩增的BEAT基因的剂量效应,增加了乙酸苯甲酯的含量,从而使梅花具有独特的花香。

  此外,鉴定与抵抗病虫害相关的基因对梅花育种具有十分重要的作用。研究人员在梅花基因组中鉴定出大量与之相关的基因发生了扩张,如富含亮氨酸重复类受体蛋白激酶基因(LRR-RLK)、核苷酸结合位点抗病基因(NBS-coding R gene)以及致病相关基因(PR)等。其中,PR基因在调节植物抵御病虫害以及适应外界刺激环境中发挥了重要作用。研究还发现梅基因组中存在很多PR基因家族,尤其是PR10基因家族显著扩张,这可能与梅花耐盐及抵抗真菌等病菌相关。

  华大基因该项目负责人陈文彬表示,“梅花基因组序列图谱的完成将有助于确定其重要性状的遗传基础,为分子标记辅助梅花及相关种属育种提供了参考。这些研究结果也为今后进一步开展蔷薇科物种比较基因组学研究,揭示梅花花香和花期调控机制奠定了重要的基础。”.

来源:华大基因

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