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柑橘團(tuán)隊(duì)基因組解碼“多胚”機(jī)理
獲新進(jìn)展


  4月11日,《自然·遺傳學(xué)》刊物在線發(fā)表了我校鄧秀新院士領(lǐng)銜的柑橘團(tuán)隊(duì)在無(wú)性生殖領(lǐng)域取得的研究進(jìn)展(Genomicanalysesofprimitive,wildandcultivatedcitruspro-videinsightsintoasexualreproduction)。這項(xiàng)工作以柑橘原始種、野生種和栽培種的基因組為基礎(chǔ),采用比較基因組、遺傳學(xué)和轉(zhuǎn)錄組等方法解析了柑橘“多胚”形成的分子基礎(chǔ),鎖定了關(guān)鍵基因CitRWP。
  徐強(qiáng)教授為該論文通訊作者,我校博士生王霞、徐遠(yuǎn)濤、張斯淇及西南大學(xué)曹立副研究員為論文并列第一作者。我校信息學(xué)院馬彬廣、陳玲玲,生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院陳春麗等多位老師及研究小組參與完成了該項(xiàng)目。該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金,中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金和973計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
  該研究完成了四個(gè)柑橘代表種的基因組,利用單分子測(cè)序技術(shù)(PacBio)構(gòu)建了迄今為止最為完整的柑橘基因組,其中ContigN50為2.2Mb,是已經(jīng)報(bào)道的柑橘基因組的18倍以上?;蚪M比較分析發(fā)現(xiàn)柑橘品種特有的基因組區(qū)段大部分為重復(fù)序列及未知功能的基因,大約有五分之一的基因已知功能并富集在抗性、蛋白水解及果膠裂解等生物學(xué)途徑。本研究進(jìn)一步對(duì)本室搜集的100份代表原始、野生和栽培柑橘進(jìn)行深度測(cè)序并群體比較,分析表明原始柑橘的遺傳多樣性最高,栽培柑橘中的生殖和能量代謝相關(guān)的基因受到了選擇。
  種子由多到少、由大到小,以及生殖模式由單胚到多胚的轉(zhuǎn)換是柑橘“原始-野生-栽培”過(guò)程中最明顯的演化規(guī)律之一。絕大多數(shù)植物的胚由受精卵發(fā)育而來(lái),而柑橘珠心組織的體細(xì)胞也可發(fā)育成胚,叫做珠心胚。大多數(shù)柑橘品種一粒種子可產(chǎn)生2至10個(gè)珠心胚,進(jìn)而萌發(fā)成多棵珠心苗,稱之為多胚性。柑橘的多胚性是自然界中最穩(wěn)定的無(wú)融合生殖類型之一,具有獨(dú)特的研究與育種價(jià)值。本研究利用柑橘基因組平臺(tái)優(yōu)勢(shì)結(jié)合前期構(gòu)建的遺傳群體,針對(duì)性設(shè)計(jì)了極端表型混池測(cè)序和局部基因關(guān)聯(lián)分析的策略,將柑橘多胚位點(diǎn)定位到一段80-Kb的區(qū)域,包含11個(gè)候選基因。進(jìn)一步精細(xì)剖析發(fā)現(xiàn)候選基因CitRWP與多胚性狀的關(guān)聯(lián)程度最高,并表現(xiàn)出胚珠特異表達(dá)的特點(diǎn),且在多胚的表達(dá)顯著高于單胚。在多胚柑橘品種中,該基因啟動(dòng)子區(qū)域有MITE(MiniatureInverted-repeatTranspos-ableElement)轉(zhuǎn)座子插入,并在786份自然變異資源中與多胚性狀完全共分離。
  柑橘多胚基因的發(fā)掘和利用對(duì)于固定優(yōu)良基因型、排除珠心胚的干擾、提高育種效率具有重要意義。在柑橘苗木繁育中常利用多胚性來(lái)生產(chǎn)整齊一致的砧木或品種,在柑橘馴化和栽培過(guò)程中多胚性也常被人們利用保存優(yōu)良基因型。本研究為進(jìn)一步精確利用“多胚性”分子設(shè)計(jì)輔助柑橘育種提供基因資源,同時(shí)對(duì)于大田作物引入無(wú)融合生殖性狀固定雜種優(yōu)勢(shì)也具有借鑒價(jià)值。
  該篇論文也是我校柑橘團(tuán)隊(duì)基因組研究的又一成果。2013年,該團(tuán)隊(duì)在《自然·遺傳學(xué)》發(fā)表了柑橘(蕓香科)第一例基因組,并解析了甜橙果實(shí)富含維生素C的分子基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)4年的努力,柑橘團(tuán)隊(duì)自主完成了5例基因組,從上游到下游建立起一套適合于多年生果樹(shù)作物開(kāi)展正向遺傳學(xué)研究的方法,并在果實(shí)品質(zhì)和無(wú)性生殖研究取得新進(jìn)展。