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Nat Genet:华中农业大学邓秀新研究组揭示柑橘团队基因组解码“多胚”机理

摘要 : 2017年4月11日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Genetics》杂志在线发表了华中农业大学邓秀新院士领衔的柑橘团队在无性生殖领域取得的研究进展

2017年4月11日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Genetics》杂志在线发表了华中农业大学邓秀新院士领衔的柑橘团队在无性生殖领域取得的研究进展(Genomic analyses of primitive, wild and cultivated citrus provide insights into asexual reproduction)。研究工作以柑橘原始种、野生种和栽培种的基因组为基础,采用比较基因组、遗传学和转录组等方法解析了柑橘“多胚”形成的分子基础,锁定了关键基因CitRWP。博士生王霞、徐远涛、张斯淇及西南大学曹立副研究员为论文并列第一作者,徐强教授为该论文通讯作者。

研究完成了四个柑橘代表种的基因组,利用单分子测序技术(PacBio)构建了迄今为止最为完整的柑橘基因组,其中Contig N50为2.2 Mb,是已经报道的柑橘基因组的18倍以上。基因组比较分析发现柑橘品种特有的基因组区段大部分为重复序列及未知功能的基因,大约有1/5的基因已知功能并富集在抗性、蛋白水解及果胶裂解等生物学途径。本研究进一步对本室搜集的100份代表原始、野生和栽培柑橘进行深度测序并群体比较,分析表明原始柑橘的遗传多样性最高,栽培柑橘中的生殖和能量代谢相关的基因受到了选择。

种子由多到少、由大到小,以及生殖模式由单胚到多胚的转换是柑橘“原始-野生-栽培”过程中最明显的演化规律之一。绝大多数植物的胚由受精卵发育而来,而柑橘珠心组织的体细胞也可发育成胚,叫做珠心胚。大多数柑橘品种一粒种子可产生2-10个珠心胚,进而萌发成多棵珠心苗,称之为多胚性。柑橘的多胚性是自然界中最稳定的无融合生殖类型之一,具有独特的研究与育种价值。本研究利用柑橘基因组平台优势结合前期构建的遗传群体,针对性设计了极端表型混池测序和局部基因关联分析的策略,将柑橘多胚位点定位到一段80-Kb的区域,包含11个候选基因。进一步精细剖析发现候选基因CitRWP与多胚性状的关联程度最高,并表现出胚珠特异表达的特点,且在多胚的表达显著高于单胚。在多胚柑橘品种中,该基因启动子区域有MITE(Miniature Inverted-repeat Transposable Element)转座子插入,并在786份自然变异资源中与多胚性状完全共分离。

柑橘多胚基因的发掘和利用对于固定优良基因型、排除珠心胚的干扰、提高育种效率具有重要意义。在柑橘苗木繁育中常利用多胚性来生产整齐一致的砧木或品种,在柑橘驯化和栽培过程中多胚性也常被人们利用保存优良基因型。本研究为进一步精确利用“多胚性”分子设计辅助柑橘育种提供基因资源,同时对于大田作物引入无融合生殖性状固定杂种优势也具有借鉴价值。

ng.3839-F1

原文链接:

Genomic analyses of primitive, wild and cultivated citrus provide insights into asexual reproduction

原文摘要:

The emergence of apomixis—the transition from sexual to asexual reproduction—is a prominent feature of modern citrus. Here we de novo sequenced and comprehensively studied the genomes of four representative citrus species. Additionally, we sequenced 100 accessions of primitive, wild and cultivated citrus. Comparative population analysis suggested that genomic regions harboring energy- and reproduction-associated genes are probably under selection in cultivated citrus. We also narrowed the genetic locus responsible for citrus polyembryony, a form of apomixis, to an 80-kb region containing 11 candidate genes. One of these, CitRWP, is expressed at higher levels in ovules of polyembryonic cultivars. We found a miniature inverted-repeat transposable element insertion in the promoter region of CitRWP that cosegregated with polyembryony. This study provides new insights into citrus apomixis and constitutes a promising resource for the mining of agriculturally important genes.

来源: Nature Genetics 浏览次数:0

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