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福建农林大学林学院郑郁善教授团队在麻竹基因组学研究取得重要进展


林学院   发布时间: 2022-01-08   信息员:

福建农林大学林学院竹资源高效培育与利用协同创新中心郑郁善教授团队近日破译了六倍体麻竹分型基因组,在国际上首次报道染色体水平丛生竹基因组。麻竹Dendrocalamus latiflorus Munro是一种木本大型丛生竹,生长十分迅速,广泛种植于中国南方地区,是重要的笋材两用竹。在竹子基因功能研究技术系统中,麻竹具有比较成熟的基因过表达体系以及CRISPR-Cas9基因编辑技术,因此是目前适合作为反向遗传研究材料,进行竹子基因功能研究与分子育种的竹种。此外,异源多倍体基因组加倍,固定了种间优势,具有更强生长势、环境适应性和广泛的利用价值,因此麻竹作为异源六倍体物种,适合作为亚基因组进化的研究材料。然而,由于麻竹基因组较大,倍性复杂,其染色体水平的基因组学研究尚未揭示,阻碍了其基础及应用研究的发展

用于基因组和转录组测序的麻竹材料


202216日,郑郁善教授团队在国际知名杂志Journal of Integrative Plant Biology在线发表了题为“Allele-aware chromosome-scale assembly of the allopolyploid genome of hexaploid Ma Bamboo (Dendrocalamus latiflorus Munro)”的研究论文。该研究利用PacBio平台,结合IlluminaHi-C技术,采用ALLHiC算法组装得到染色体水平的六倍体麻竹分型基因组(基因组大小为2737Mb该基因组是目前已报道的基因组最大的竹种。


麻竹三套亚基因组的染色体水平共线性关系


该研究麻竹组装成三个分型亚基因组AABBCC相对于C亚基因组而言,AB两套亚基因组间具有更为一致的共线性关系。基于不同组织的转录组,结合相似性(homology-based searchers 和从头预测(de novo prediction对麻竹三个分型亚基因组共注释了135,231个蛋白质编码基因,识别了两套染色体之间存在大量遗传变异(SNVsInDels),为研究亚基因组的进化关系及等位特异性表达奠定了重要基础。



麻竹三套亚基因组的基因注释


麻竹笋营养价值十分丰富,富含蛋白质、脂肪、糖类、维生素C、钙磷和铁等成份。退笋是制约麻竹笋用林高效培育的因素之一。对正常发育的麻竹笋与退笋进行组学分析,发现正常发育的麻竹笋和退笋之间存在大量差异的基因表达和选择性剪接事件,筛选到了一批可进行后续进一步功能研究的差异基因候选,为进一步探索麻竹退笋机理提供了重要依据

正常麻竹笋与退笋的差异转录后调控


散生竹和丛生竹具有极大的差异,该研究首次公布了染色体水平的丛生竹麻竹基因组,六倍体麻竹基因组揭示了散生竹和丛生竹之间的宏观共线性关系及部分微观共线性的差异,为后续进化层面及基因功能机制研究提供依据,有望最终揭示散生和丛生的分子机制,以及揭示developmental genes DG基因所造成的遗传转化难易差异为充分利用竹类资源奠定坚实的理论基础。

丛生麻竹与散生毛竹宏观和微观共线性比较


麻竹高质量染色体水平的六倍体基因组释放,结合比较成熟的麻竹遗传转化与基因编辑技术,使其有可能成为竹类分子生物学研究的模式物种。该论文福建农林大学为第一单位,郑郁善为第一作者,郑郁善和顾连峰为通讯作者,杨德明、荣俊陈礼光、朱强、陈凌艳、何天友、凡莉莉、高宇帮、张航晓、王汇源杨永康参与了该项研究中国农业科学院深圳农业基因组所张兴坦教授和广西大学陈玲玲教授课题组成员在分型分析中提供了技术指导。该研究得到了国家重点研发计划项目和林学高峰学科等项目的资助。


原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.13217?af=R

 

(林学院 供稿)


 

 

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