发布时间:2018-07-12 17:27 原文链接: 昆明植物所在南方菟丝子基因组学研究中取得进展

  自然界绝大部分植物都通过叶片的光合作用和根部的水分和营养吸收维持自养生存,而寄生植物则是一类通过寄生在自养植物上获取能量和营养的植物。寄生植物独特的起源、演化和特殊生理生态长期以来吸引着研究者的目光。旋花科茎寄生植物菟丝子寄生行为在实验室中方便控制和观察,近年来已成为许多探索寄生植物生理生态和进化生物学的重要研究对象。为了解密菟丝子属植物的演化,同时也为以菟丝子为模型的寄生植物生理生态研究提供重要资源和基础,近日,中国科学院昆明植物研究所功能基因组学与利用团队吴建强研究组,以南方菟丝子(Cuscuta australis)为对象(图1),通过全基因组和转录组测序,获得了首个寄生植物高质量参考基因组。研究组通过比较基因组学、分子进化等分析获得了大量信息,为了解寄生植物的演化、寄生植物与寄主间的互作提供了重要基础。

  吴建强研究组利用纯三代测序技术获取了高质量南方菟丝子参考基因组,结合基因系统发育分析与共线性分析,发现菟丝子属与番薯属植物的共同祖先在约750万年前分化前经历了一次全基因组三倍化加倍事件(图2),之后菟丝子经历了快速进化以及大规模的基因丢失。研究者设计了一套严格而精确的生物信息学分析方法对菟丝子全基因组基因丢失事件进行了系统分析,发现自养植物中保守的基因约11.7%在菟丝子基因组中发生了丢失。丢失基因大部分与光合作用、根和叶的功能与发育、植物抵御逆境与胁迫和基因的转录调控等相关。非常有趣的是菟丝子基因组中还丢失诸如FLC、 FRI、SVP、AGL17和CO等重要的开花决定基因(图3)。这些在自养植物中非常重要的基因在菟丝子中的丢失很可能和它根和叶片的退化相关。菟丝子的寄生习性离不开其特有器官吸器的演化。研究者发现约三分之一的吸器高表达基因与自养植物根的高表达基因相同。结合转录组数据、基因选择压力分析和基因家族扩张分析,该研究中找到了一系列可能与吸器功能和发育相关的基因。其中大量基因功能集中在营养获取和细胞壁分解中,包括果胶酯酶、丝氨酸羧肽酶和各种转运蛋白,此外另有大量无法注释功能的新基因有待进一步的研究。

  该研究结果以Large-scale gene losses underlie the genome evolution of parasitic plant Cuscuta australis 为题在线发表于《自然-通讯》(Nature communications)杂志。副研究员孙桂玲、博士研究生许宇星以及博士刘晖为论文共同第一作者,吴建强为论文通讯作者。该研究得到了中科院先导专项(B类)项目的资助。

  文章链接

  图1. 盘绕生活在寄主身上的南方菟丝子(Cuscuta australis)

  图2. 菟丝子属与番薯属植物在祖先分化前约750万年前共同经历了一次全基因组三倍化加倍事件


  图3. 南方菟丝子基因组在演化过程中发生了剧烈的基因丢失

相关文章

Science:新的定量方法来更好地定义并测定基因功能的缺陷

如今人们普遍认为,癌症是一种基因和基因功能获得性缺陷而诱发的一种疾病,近日,一篇发表在国际杂志Science上题为“Epigeneticsasamediatorofplasticityincancer......

TheLancet:对患者进行基因分析或能降低30%不良药物反应

近日,一篇发表在国际杂志TheLancet上题为“A12-genepharmacogeneticpaneltopreventadversedrugreactions:anopen-label,mult......

基因治疗能有效改善大动物模型神经退行性疾病

2月16日,我国科学家利用病毒载体表达CRISPR/Cas9基因编辑的技术敲除和修复亨廷顿猪模型的突变基因(HTT),首次在国际上证明基因治疗能有效改善神经退行性疾病大动物模型的病理变化以及行为症状。......

2022年PacBio营收1.28亿美元,继续专注长度条测序

PacificBiosciences近日发布2022年财政报告,由于用户等待该公司最新的Revio长读长测序仪导致其他测序仪器需求下降,其2022年第四季度收入同比下降24%。第四季度概况第四季度总收......

野骆驼生存基因魔方,可造福人类

在“生命禁区”寻踪“沙漠之王”在我国的西北部边缘,分布着以“生命禁区”著称的阿尔金山脉及其周边绵延数百公里的茫茫戈壁。著名的无人区罗布荒原和毗邻相接的库姆塔格沙漠便是其中的一部分。在这片极端贫瘠寒苦的......

婴儿猝死因素研究进展,基因检测帮大忙

研究者发现,以往被用于诊断儿童疾病的一种基因测试(被称为染色体微阵列芯片测试)可以帮助更好地理解婴幼儿猝死背后的原因。美国波士顿儿童医院的研究员CatherineBrownstein最近在Advanc......

单例成本降至100美元!华大智造发布全球通量最高测序仪

导语:华大智造发布全球通量最高测序仪,单次通量为常规超高通量测序仪的4.5至7倍。每年可完成高达5万例人全基因组测序,单例成本100美元以内。20年将人全基因组测序测序成本从30多亿美元降至100美元......

宠物克隆:“复活”一只宠物的代价,是无数只动物被虐杀

宠物克隆原理看上去很简单,取一块原本宠物的皮肤,在皮肤细胞里提取细胞核;从其它动物体内取一个卵细胞,去掉它的细胞核;再把新卵细胞植入到另一动物体内,直到孕育出一个新生命。取卵的过程是无比痛苦的,他们会......

独特人类基因进化是平衡行为

人类和黑猩猩的DNA仅百分之一不同。人类加速区域(HAR)是基因组的一部分,美国研究人员分析了数以千计的人类和黑猩猩HAR,发现人类进化过程中积累的许多变化具有相反的影响。研究结果近日发表在《神经元》......

“泛转录组”首次用于RNA测序分析

近日发表在《自然·方法》杂志上的一篇新论文中,美国加利福尼亚大学圣克鲁斯分校(UCSC)的研究人员介绍了有史以来第一种使用“泛转录组”分析全基因组RNA测序数据的方法。分析一个人的基因表达需要将他的R......