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我院教师揭示猕猴桃基因组形成过程中的‘两次古老事件’
发布时间:2018-09-20 11:10:48  阅读次数:
 我院教师王金朋于9月20日在国际顶级期刊《细胞:CELL》最新创建的综合性学术期刊《iScience》上,发表题为“Two likely auto-tetraploidization events shaped kiwifruit genome and contributed to establishment of the Actinidiaceae family”的研究论文。王莉博士、硕士研究生于继高、李晶、孙朋川为共同第一作者,参与该项研究的还有段雪倩等5名本科生,通讯作者王希胤教授。该研究通过比较基因组学分析,揭示了猕猴桃基因组中两次古老同源四倍体事件,为猕猴桃科及相关植物类群提供了一个重要的比较基因组学资源。
    多倍化在多个基因组测序工作中都有提出,几乎发生在所有被子植物基因组进化过程中,但是对于多倍化的性质一直以来比较模糊。异源多倍体的形成是由于不同物种杂交产生的杂种后代出现染色体加倍形成的多倍体,目前发现的多倍体植物多为异源多倍体。同源多倍体的形成可能是由于细胞分裂中期停止,使细胞内配子未减少导致同源多倍化的发生,这使植物中的染色体数目加倍。但是从基因组层面如何区分同源多倍体和异源多倍体一直以来都是一个重要的问题。
    猕猴桃(Actinidia chinensis)因富含维生素C被称为水果之王,先前研究中其基因组受多倍化事件的影响,然而,对于多倍化的性质是难以捉摸的。该研究中对猕猴桃基因组进行了重新分析,发现了两次独立的古老四倍体事件的清晰证据,其中一次发生在50~57百万年前(Mya),另一次发生在18~20 Mya。这项研究发现同一次多倍化事件产生的两个亚基因组的基因丢失水平具有一致性;同时从基因表达水平分析,发现两个亚基因组的基因表达水平也具有一致性。此外,还观察到猕猴桃基因的进化速率缓慢。这些发现都指向一个真相,猕猴桃基因组中的两次古老多倍化可能是同源加倍。这意味着猕猴桃复制了自己的基因。与之相对的是异源多倍体事件,它的发生通常是杂交的结果。例如,香蕉、土豆和甘蔗等植物是同源多倍体,而小麦、棉花和草莓则是异源多倍体。而对于猕猴桃来说,情况则更加特殊,同源多倍体事件发生了两次, 这在已经测得基因组全序列的植物中是唯一的。
    研究中还发现猕猴桃基因组中的多倍体事件对于重要家族基因的扩张具有一定的影响,如猕猴桃中的维生素C相关基因。研究明确了猕猴桃每一次加倍事件后产生的基因拷贝数变化,发现猕猴桃体内合成维生素C的基因拷贝数在这两次加倍事件中大幅增加。因此,推论猕猴桃的两次同源四倍体事件,有助于其维生素C的超量合成。
    该项研究受到了国内外广泛关注,细胞出版社(Cell Press),每日科学(Science Daily)、中国科学网、BioArt、中国农科新闻网、光明网、搜狐网等多家媒体和网站进行了采访报道。研究得到了国家重大专项、国家自然科学基金、河北省自然科学基金等项目支持。
    未参与这项研究的中科院植物研究所研究员焦远年表示,多倍化事件造成植物基因组发生反复加倍和内部整合,其过程非常复杂。因此,确定植物在古老时期发生的多倍化事件相当困难。“此次研究从重建猕猴桃的祖先基因组入手,证明了猕猴桃进化史中发生的两次多倍化是同源四倍体事件,而不是异源的,明确了猕猴桃的进化过程,这是最大亮点。”他说。
 

 

 

 

 

 

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