近日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌院士團(tuán)隊(duì)與英國(guó)約翰·英納斯中心研究團(tuán)隊(duì)合作，完成了禾本科、燕麥屬一年生草本植物二倍體燕麥Avena strigosa基因組序列草圖的繪制，并完整解析了抗微生物防御化合物燕麥素的生物合成基因簇。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然—通訊》。
絕大多數(shù)真核生物基因組中并沒(méi)有操縱子，但它們又的確包含了一些序列不相關(guān)而功能相關(guān)且在物理位置上成簇存在的基因。這些“類操縱子”基因簇中，最引人注目的例子就是植物體內(nèi)合成特殊代謝產(chǎn)物的基因簇。但是，目前人們對(duì)其真實(shí)的形成機(jī)制知之甚少。燕麥素是燕麥屬中特異存在的一類抗微生物防御化合物，其生物合成途徑也是最典型的植物生物合成基因簇之一。
韓斌團(tuán)隊(duì)選用了能在根尖特異合成燕麥素的二倍體燕麥物種Avena strigosa，運(yùn)用三代測(cè)序技術(shù)Nanopore并輔助光學(xué)圖譜技術(shù)BioNano DLS，以及Hi-C染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)，成功完成了該燕麥基因組高質(zhì)量染色體級(jí)別組裝。燕麥基因組中重復(fù)序列大約占基因組的81.1%，結(jié)合從頭預(yù)測(cè)、同源蛋白信息以及轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，共注釋了34928個(gè)高可信度基因。
這項(xiàng)研究基于組裝獲得的全基因組信息完整解析了燕麥素合成基因cluster，確定了燕麥素合成通路的最后兩個(gè)缺失步驟，并通過(guò)本氏煙草瞬時(shí)表達(dá)重構(gòu)了整個(gè)合成途徑。同時(shí)，研究人員還對(duì)基因簇的起源及不同燕麥品種間的差異進(jìn)行了比較分析。基因組組裝和DNA熒光原位雜交(FISH)結(jié)果均表明，燕麥素合成基因cluster位于1號(hào)染色體長(zhǎng)臂末端的亞端粒區(qū)域，并且該基因簇特異存在于燕麥屬中。
專家表示，該研究工作為真核生物的基因組可塑性和適應(yīng)性進(jìn)化提供了新的見(jiàn)解，為改良小麥和其他谷物抵抗全蝕病等疾病提供了分子依據(jù)。(黃辛)
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