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我院教师揭示反复的六倍化事件构建了现代榴莲基因组
发布时间:2018-11-15 11:49:05  阅读次数:
           我院教师王金朋于111日在国际期刊植物生理学《Plant Physiology》上,发表题为“Recursive paleohexaploidization shaped the durian genome”的研究论文,硕士研究生袁嘉庆、于继高、孟繁博等做出了重要贡献,论文的通讯作者是王希胤教授。课题组对榴莲基因组进行了重新分析,并与棉花、可可、葡萄基因组进行了比较,发现榴莲的基因组的构成源于一次独有的六倍化事件及一次与其它双子叶植物共有的更古老的六倍化事件;而棉花独有一次十倍化事件。
 

多倍化在植物进化过程中广泛且反复的发生,这是基因组测序在植物学领域的重要成果之一。多倍化在一定程度上解释了重要植物类群的发生、形成及快速分化。然而,确定多倍化发生的规模和对基因组的影响是一项极其复杂的工作,不充分的分析可能造成有问题的研究结果。

榴莲“臭”名昭著,却因果肉营养丰富,享有“水果之王”美称。2017年榴莲(Durio zibethinus)基因组测序发表,提出榴莲和棉花共享基因组加倍事件,但并没有明确多倍化事件的性质和规模。实际上,较早的研究表明棉花有一个十倍体的祖先。榴莲基因组公布后,王希胤课题组以葡萄、可可树为外类群重新分析了榴莲和进化上相近的棉花基因组,利用课题组提出的植物复杂基因组的软件流程,深入细致地进行了基因组间同源基因点阵图分析、共线性基因与相关进化事件的联合分析、共线性基因构树分析和榴莲-棉花共线性基因的共有分析等。研究发现,除双子叶植物共有的近1.3亿年前的六倍化事件之外,榴莲和棉花又各自经历了一次独立的多倍化事件:榴莲基因组经历了一次古六倍化事件,大约发生在1900-2100万年前;而棉花基因组经历的是一次古十倍化事件,约发生在1300-1400万年前。

课题组的研究指出先前得到共享多倍化事件的不正确结果的可能解释是:首先是棉花基因组经历古十倍化事件后进化速率加快,使棉花基因的进化速率相对榴莲提高了~64% 而榴莲的古六倍体事件并没有显著地提高榴莲基因组的进化率,这可能与榴莲生命周期较长有关;其次,植物基因组的高度复杂,先前的研究没有对不同进化事件产生的基因进行有效的分别。

此外,研究中还发现物种间进化速率的差异可能是导致大量(98.4%)同源基因系统发育树与预期拓扑结构不一致的原因,提示基于现有基因序列所构建的系统发育树不一定能真实表现基因的发育关系。

同时,课题组的研究工作生成了一个跨多个植物的同源基因列表,明确了同源基因间的有共线性支持的直系同源或旁系同源关系,并与特定多倍化事件、物种分歧事件相结合,为榴莲及相关植物类群提供了研究基因功能与演化的重要比较基因组学资源。

该研究的共同作者有河北省农科院秦君研究员和加拿大农业部李修庆研究员。研究得到了国家重点研发专项、国家自然科学基金项目、国际交流与合作项目、河北省自然科学基金,以及华北理工大学研究生创新项目的支持。

 

 

 

   
 

 

 
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