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科學家完成糜子全基因組精細圖譜

來源:  |   作者:   |  發布日期: 2019-07-16   |  閱讀次數:8106次

  

 

 1月25日,《自然-通訊》(Nature Communications)雜志在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所上海植物逆境生物學研究中心張蘅研究組和朱健康研究組題為The genome of broomcorn millet 的研究論文。該研究完成了糜子基因組精細圖譜,為未來該作物的分子育種和功能基因組學研究奠定了基礎;該研究還通過比較基因組和轉錄組分析揭示糜子進化歷程和其特殊的C4光合作用模型。

  糜子(broomcorn millet,Panicummiliaceum L.),又稱黍、稷、禾祭、糜,是我國最早馴化利用的作物之一,其種植歷史最早可追溯到10000—8000年前,大約在3000年前傳播到歐洲和世界各地。在禾谷類糧食作物中,糜子是生產單位重量籽粒的需水量最低的。隨著全球水資源危機日益嚴重,糜子高效的水分利用效率可為人類未來糧食安全提供保障。

  研究人員結合全基因組三代PacBio測序、二代illumina測序、HiC以及高密度遺傳連鎖圖譜構建技術,獲得了糜子基因組18條染色體精細圖譜,其總長度為855Mb;注釋得到了55,930個蛋白編碼基因,其中99.3%的基因可定位在染色體上。糜子為異源四倍體,起源于進化距離約560萬年的兩個親本基因組的融合。此外,黍族特異的E3泛素連接酶亞家族的擴增可能在糜子的適應性進化中發揮重要作用。

  經典的C4光合作用研究將C4途徑分為三種亞型:依賴NADP的蘋果酸酶型(NADP-ME型)、依賴NAD的蘋果酸酶型(NAD-ME型)、具有PEP羧激酶的天冬氨酸型(PEP-CK型)。近年來研究傾向于認為PEP-CK型無法獨立存在,而是依賴于NADP-ME型或NAD-ME型而存在。糜子屬于經典的NAD-ME型C4作物。通過糜子與其它作物基因組的比較和轉錄組分析發現,糜子基因組中NADP-ME型和NAD-ME型相關的酶和轉運蛋白不但同時存在,而且在光合作用組織中維持較高的表達水平。研究人員認為C4途徑三種亞型可能同時存在于糜子中,這些機制可能有助于糜子更好地應對田間環境的動態變化。

  該研究由上海植物逆境中心聯合美國內布拉斯加大學、西北農林科技大學等國內外研究單位共同完成,鄒長松(現為河南大學棉花生物學國家重點實驗室教授)是該文章的第一作者,張蘅和朱健康為共同通訊作者。該工作得到中科院、上海市科委等的資助。

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科學家完成糜子全基因組精細圖譜

 

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