近日，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所劍麻研究團(tuán)隊(duì)在龍舌蘭亞科基因組及CAM進(jìn)化機(jī)制上取得進(jìn)展，該研究構(gòu)建了龍舌蘭亞科首個(gè)染色體級別參考基因組，揭示了龍舌蘭亞科植物基因組增大的原因，發(fā)現(xiàn)了龍舌蘭科植物不同于其他植物的CAM進(jìn)化分子機(jī)制，為龍舌蘭科植物（劍麻）分子育種和分析CAM進(jìn)化提供基因組資源。相關(guān)研究成果發(fā)表在Horticuture Research上。
龍舌蘭亞科（中文名為劍麻）是多年生單次開花植物，開花時(shí)間在8~30年，這種生理特征導(dǎo)致劍麻的育種周期漫長。采用基因工程技術(shù)能縮短植物育種周期，目前劍麻缺乏參考基因組，阻礙了分子輔助育種技術(shù)在劍麻育種中的應(yīng)用。然而較大的基因組、高比例的重復(fù)序列和多倍化，以及難以獲得純合系等因素阻礙了劍麻基因組的研究。
研究團(tuán)隊(duì)利用Illumina、ONT和Hi-C測序數(shù)據(jù)，以國內(nèi)主栽品種“東方紅1號”為材料，組裝了龍舌蘭亞科首個(gè)染色體級別基因組。該基因組總長度為4.87 Gb，共注釋出58,841個(gè)蛋白編碼蛋白基因。利用Hi-C輔助組裝技術(shù)將A. hybrid基因組拼接序列錨定30條染色體上，Scaffold N50 長度186.42 Mb。
A. hybrid形態(tài)、基因組特征和共線性分析 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院供圖
研究人員通過多組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，兩次全基因組復(fù)制（WGD）事件、染色體重排和長時(shí)間低頻率的LTR重復(fù)序列插入可能是導(dǎo)致龍舌蘭科植物基因組增大、染色體增多的主要原因。并且，劍麻存在碳固定、次生代謝物合成等特有基因，蛋白/RNA/DNA合成與穩(wěn)定相關(guān)蛋白受到正選擇，糖代謝、植物激素信號途徑基因、熱激蛋白和逆境脅迫相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生基因擴(kuò)張。
此外，研究發(fā)現(xiàn)，CAM途徑明星PEPC基因的數(shù)量沒有發(fā)生增加、沒有夜間表達(dá)的CAM型PEPC基因、沒有發(fā)現(xiàn)三類（R/K/H - D、A - S和R - G）已知的能顯著提高PEPC酶活性的氨基酸突變。劍麻PEPCK基因家族發(fā)生基因擴(kuò)張、MAPK信號級聯(lián)、晝夜節(jié)律和植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控PEPCK基因表達(dá)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/hr/uhad269
本文鏈接：龍舌蘭亞科首個(gè)染色體級別參考基因組構(gòu)建http://www.lensthegame.com/show-11-1983-0.html
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