PNAS:花生A基因组测序成果揭示其地下繁殖、产油代谢等独特性状的遗传机制

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由千年基因、广东省农科院、山东省农科院等单位共同启动的中国花生基因组计划取得丰硕成果,完成花生A基因组de novo测序、组装、注释及深入分析,得到花生A基因组大小约1.05Gb,并鉴定到50324个基因,相关成果于2016年5月31日在国际著名学术期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表(影响因子为9.674)。

 

研究背景

花生作为重要的经济作物,是可食用花生油和优质蛋白的重要来源。花生油中富含丰富的油酸和亚油酸,与人类健康息息相关。花生属植物和大多豆科分支物种不同,均有地下结果的繁殖习性。这种繁殖习性被认为是适应外界恶劣环境所特有的,在开花植物中具有这种特性的仅有57个属24个科的植物有报道。

 

材料与方法

材料:花生A基因PI 475845(二倍体,2n=2x=20)gDNA。10个不同基因型品系(2个A基因组和4个B基因组,4个四倍体)基因组重测序。

方法:针对花生A基因组gDNA分别构建250 bp、500 bp、800 bp的shotgun文库及2 Kb、5 Kb、10 Kb、20 Kb的mate pair文库,应用HiSeq 2500平台测序得到229.94 Gb高质量的数据,最终组装得到花生A基因组大小约1.05 Gb。结合转录组数据对基因组进行注释,获得50,324个蛋白编码基因。

 

分析与结果

测序结果:

PNAS:花生A基因组测序成果揭示其地下繁殖、产油代谢等独特性状的遗传机制

基因组组装SOAPdenovo2 & SSPACE组装结果

PNAS:花生A基因组测序成果揭示其地下繁殖、产油代谢等独特性状的遗传机制

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基因组注释结果:

PNAS:花生A基因组测序成果揭示其地下繁殖、产油代谢等独特性状的遗传机制

系统进化分析结果:

将花生和大豆、云扁豆、拟南芥以及水稻等基因组进行比较,开展共线性比较分析,并基于单拷贝同源基因开展系统进化分析。

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与花生地上开花地下结果生物学特性相关功能基因及代谢通路信息的挖掘:

花生果实发育基本上是受光照环境影响如黑暗中,基因调控形成的过程。在花生中鉴定获得五个转录因子家族与光形态发生相关:S1Fa-like,FAR1,HSF,NAC和 STAT。

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与产油生物合成和过敏原相关功能基因的分析:

和大豆以及非产油植物拟南芥等开展比较基因组学分析表明花生中存在1671个基因与脂质合成代谢相关,进一步注释重点针对67个与脂肪酸生物合成和三酰甘油形成,这在花生中主要与产油酸和亚油酸相关的基因信息进行分析。

通过比较研究,在花生和其他作物中已鉴定获得21个编码过敏蛋白的基因,在花生中已报道有9个,其他12个则在其他作物中有报道。进一步分析发现在花生中预测获得编码Ara h 8 过敏蛋白的3个同源基因。

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结论:

  1. 在莲花、苜蓿、大豆、豇豆、鹰嘴豆以及云扁豆基因组的基础上,花生A基因组的研究成果进一步丰富了豆科植物分支物种基因组信息。
  2. 在花生属层面,为物种进化及多倍化研究提供了更多的理论基础和背景信息。
  3. 花生A基因组为充分挖掘与花生果实形成、花生油合成代谢及过敏原等相关的候选基因提供了重要的理论依据。
  4. 花生基因组重测序研究的开展,挖掘获得大量的分子标记信息包括SSR和SNP等,为花生遗传多样性的研究和遗传育种改良奠定了重要的研究基础。

 

原文链接:

http://www.pnas.org/content/early/2016/05/25/1600899113.full

文章下载:

http://www.macrogencn.com/mod/briefcase/BriefCaseDownLoad.aspx?fid=277176631&ip=

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