- 當(dāng)前位置：首頁(yè) > 時(shí)尚 > 《The Plant Cell》：原禾基因組研究揭示禾本科植物早期演化歷史
游客發(fā)表
基于480個(gè)單拷貝核基因構(gòu)建的禾本科系統(tǒng)發(fā)育樹和時(shí)間標(biāo)定
禾本科小穗發(fā)育相關(guān)基因FZP和MADS-box基因家族的演化
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)（作者：馬朋飛，劉云龍）：禾本科（Poaceae）是基因究揭被子植物的第五大科，約有770屬12000種，組研植物早期鄭州外圍預(yù)約上門（電話微信180-4582-8235）安全可靠真實(shí)安排見人滿意付款也是示禾與人類生產(chǎn)和生活關(guān)系最為密切、最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的本科大科。該科植物包括我們賴以生存的歷史主要糧食作物、飼料如水稻、原禾演化小麥、基因究揭玉米、組研植物早期高粱和多種牧草，示禾還有其它有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的本科鄭州外圍預(yù)約上門（電話微信180-4582-8235）安全可靠真實(shí)安排見人滿意付款物種如蘆葦、芒、歷史甘蔗和竹子。原禾演化該科植物同時(shí)具有重要的基因究揭生態(tài)價(jià)值，表現(xiàn)出了廣泛的組研植物早期生態(tài)適應(yīng)性，從森林到草原、沼澤到荒漠、高山到北極都可見其身影。早期的植物分類系統(tǒng)將禾本科分為2-6個(gè)亞科，包括竹亞科、早熟禾亞科、假淡竹葉亞科、蘆竹亞科、虎尾草亞科和黍亞科等，其中竹亞科除了木本竹子外，還包括稻族和一些草本竹子類群。近十年來(lái)的分子系統(tǒng)學(xué)研究將禾本科劃分成12個(gè)亞科，其中最早分化出來(lái)的3個(gè)基部亞科此前一直被置于竹亞科，其余的9個(gè)亞科組成了核心禾草支系。常見的禾本科植物及廣泛種植的農(nóng)作物均來(lái)自于核心禾草類，現(xiàn)有的禾本科遺傳學(xué)、基因組學(xué)和進(jìn)化研究都集中于此，而系統(tǒng)演化位置關(guān)鍵的基部禾草則缺乏關(guān)注。在早期的分類系統(tǒng)中，基部的3個(gè)亞科的物種由于在形態(tài)和解剖學(xué)特征上與草本竹類相似，均長(zhǎng)期被置于竹亞科中。這3個(gè)亞科僅有約27個(gè)物種，卻保留了大量的禾本科祖先性狀，是解析該科特有性狀起源演化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所李德銖研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，多年來(lái)致力于竹子的分類學(xué)、系統(tǒng)發(fā)育和基因組學(xué)研究。隨著研究的不斷深入，研究工作已從竹亞科的木本竹類逐漸擴(kuò)展到草本竹子以及禾本科基部類群。最近，該研究團(tuán)隊(duì)在解析二倍體草本竹子和六倍體木本竹子基因組，并據(jù)此揭示竹亞科異源多倍化歷史的基礎(chǔ)上，依托中國(guó)野生生物種質(zhì)資源庫(kù)，開展了禾本科基部類群原禾屬（Pharus）的基因組測(cè)序和進(jìn)化基因組學(xué)研究。原禾屬是禾本科最早分化出來(lái)的兩個(gè)亞科之一，分布于中南美洲的熱帶森林地區(qū)，也是禾本科中最早演化出來(lái)小穗結(jié)構(gòu)的類群。小穗是在禾本科植物演化產(chǎn)生的獨(dú)特的花部結(jié)構(gòu)，其形態(tài)特征與農(nóng)作物的產(chǎn)量密切相關(guān)。
研究團(tuán)隊(duì)利用三代PacBio測(cè)序技術(shù)和Hi-C技術(shù)獲得了原禾屬植物Pharus latifolius染色體級(jí)別的參考基因組序列，組裝基因組大小為1.0 Gb，經(jīng)過多種方法評(píng)估驗(yàn)證了基因組的可靠性和準(zhǔn)確性。與禾本科常見植物如水稻、高粱以及二穗短柄草的參考基因組等相比，P. latifolius基因組較大，與其更古老的重復(fù)序列插入有關(guān)，并且蛋白質(zhì)編碼基因第三位密碼子的GC含量分布與核心禾本科類群不同，卻與禾本科近緣類群相似，顯示出其基因組特征的古老性。同時(shí)，該物種的分子進(jìn)化速率也遠(yuǎn)低于禾本科核心類群。利用基因組共線性、重復(fù)基因同義替換率和構(gòu)建系統(tǒng)樹等綜合分析，揭示了P. latifolius在進(jìn)化歷史中發(fā)生了全基因組加倍（Whole-genome duplication, WGD）事件，并且證實(shí)該加倍事件與核心類群所共享，即禾本科的ρ-WGD事件，并推斷出其發(fā)生在白堊紀(jì)（約98.2個(gè)百萬(wàn)年前）。之后大約8百萬(wàn)年，原禾屬所代表的支系與其它核心類群發(fā)生分化。然而，ρ-WGD之后的二倍化過程在基部和核心禾草兩大支系中表現(xiàn)出巨大差異，核心禾草支系經(jīng)歷了更快的重復(fù)基因丟失和更多染色體水平的變異，這可能與核心支系發(fā)生了產(chǎn)生更多物種的輻射分化有關(guān)。在進(jìn)化基因組學(xué)分析的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)還重點(diǎn)分析了與小穗發(fā)育相關(guān)的FRIZZY PANICLE (FZP)基因和MADS-box基因家族的轉(zhuǎn)錄表達(dá)情況與演化歷史。發(fā)現(xiàn)FZP基因在P. latifolius中有兩個(gè)拷貝，其中一個(gè)拷貝與來(lái)自竹亞科毛竹的基因構(gòu)成姐妹群，而在其它核心類群中均為單個(gè)拷貝，同時(shí)發(fā)現(xiàn)MADS-box家族編碼基因數(shù)目的增加直接與ρ-WGD事件相關(guān)，這為后續(xù)的功能驗(yàn)證并最終解析禾本科小穗這一關(guān)鍵農(nóng)藝性狀起源演化的遺傳機(jī)制提供了基礎(chǔ)。
該研究成果以“The Pharus latifolius Genome Bridges the Gap of Early Grass Evolution”為題在國(guó)際植物學(xué)頂級(jí)期刊The Plant Cell發(fā)表。昆明植物研究所種質(zhì)資源庫(kù)馬朋飛博士和劉云龍博士為論文共同第一作者，李德銖研究員為通訊作者。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（No. XDB31000000）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No. 31770239）和中國(guó)科學(xué)院青年促進(jìn)會(huì)（No. Y201972）項(xiàng)目的支持。
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