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橡胶草基因组序列解析工作取得重要进展

2018-2-2 09:43| 发布者: admin_1| 查看: 7513| 评论: 0



天然橡胶是重要的工业原料,应用广泛,因其性能优良,在许多领域无法被合成橡胶替代。目前橡胶树是天然橡胶唯一的商业化来源,但因其只能在热带亚热带地区生长,我国仅有少数地区能够种植橡胶树。随着我国经济的增长,我国每年消耗的天然橡胶占全世界总消耗量的30%-40%,其中80%依赖于进口。橡胶草根部可合成大量高分子量的天然橡胶,由于还具有生长范围广、生长周期较短、相对简单的基因组和遗传转化与基因编辑比较容易等特点,橡胶草已成为研究天然橡胶合成的模式植物。橡胶草基因组的测序将有助于解析天然橡胶的合成机制,加快橡胶草的驯化改良,使橡胶草有可能成为天然橡胶的替代资源。

中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋团队通过PacBio单分子实时(SMRT)测序技术独立组装完成了高质量的橡胶草基因组草图,该基因组大小为1.29Gbscaffold N50长度为100.21kb,共预测了46,731个基因和~70%重复序列。通过全基因重测序数据分析,发现橡胶草具有较高的杂合度,并鉴定了一些与自交衰退有直接关系的杂合区域和基因。橡胶草是目前能够产生高分子量橡胶的植物中唯一完成基因组测序的草本植物。通过比较基因组学分析,共鉴定了橡胶草中16,169个基因家族,其中1,907个特异的基因家族。利用组织特异表达模式分析发现了340个特异家族具有组织特异表达的基因,功能富集显示与胁迫反应、细胞氧化还原反应平衡有关系。通过与产胶植物橡胶树基因组和非产胶植物朝鲜蓟基因组的比较研究,鉴定了橡胶草中橡胶合成途径和菊糖合成途径。同时也发现在这三个物种中,橡胶合成途径的每个代谢物合成过程均有候选基因的存在,并且在MEP和橡胶合成起始途径中基因数目非常相近,只是在MVA和橡胶链延伸途径中基因数目差异比较大,由此说明在橡胶合成途径中MVA和橡胶链延伸途径可能更重要。此外,阐述了橡胶链延长过程中CPT/CPTLREF/SRPP两个重要基因家族的进化历程,其中大多数橡胶草的SRPP基因和橡胶树SRPP基因分布在两个独立的分支上,预示着橡胶粒子的稳定机制在两个物种是独立进化的。

该项研究标志着以橡胶草作为模式植物的研究进入“后基因组时代”,将大大加速橡胶草从野生植物向经济作物的驯化,推动我国天然橡胶产业的发展。

 

原文检索:T. Lin, X. Xu, J. Ruan, S. Liu, S. Wu, X., X. Wang, L. Gan, B. Qin, Y. Yang, Z. Cheng, S. Yang, Z. Zhang, G. Xiong, S. Huang, H. Yu and J. Li (2017). Genome analysis of Taraxacum kok-saghyz Rodin provides new insights into rubber biosynthesis. National Science Review (https://doi.org/10.1093/nsr/nwx101).



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