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柑橘团队基因组解码“多胚”机理获新进展
发布时间:2017年04月13日

核心提示: 4月11日,《自然?遗传学》(Nature Genetics)刊物在线发表了我校邓秀新院士领衔的柑橘团队在无性生殖领域取得的新进展。该研究解析了柑橘“多胚”形成的分子基础,锁定了关键基因CitRWP。徐强教授为该论文通讯作者,我校博士生王霞、徐远涛、张斯淇及西南大学曹立副研究员为论文并列第一作者。

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    南湖网讯(通讯员 王霞 徐远涛)4月11日,《自然?遗传学》(Nature Genetics)刊物在线发表了我校邓秀新院士领衔的柑橘团队在无性生殖领域取得的研究进展(Genomic analyses of primitive, wild and cultivated citrus provide insights into asexual reproduction)。这项工作以柑橘原始种、野生种和栽培种的基因组为基础,采用比较基因组、遗传学和转录组等方法解析了柑橘“多胚”形成的分子基础,锁定了关键基因CitRWP。

    徐强教授为该论文通讯作者,我校博士生王霞、徐远涛、张斯淇及西南大学曹立副研究员为论文并列第一作者。我校信息学院马彬广、陈玲玲,生命科学技术学院陈春丽等多位老师及研究小组参与完成了该项目。该研究受到国家自然科学基金,中央高校基本科研业务费专项基金和973计划等项目的资助。

    该研究完成了四个柑橘代表种的基因组,利用单分子测序技术(PacBio)构建了迄今为止最为完整的柑橘基因组,其中Contig N50为2.2 Mb,是已经报道的柑橘基因组的18倍以上。基因组比较分析发现柑橘品种特有的基因组区段大部分为重复序列及未知功能的基因,大约有1/5的基因已知功能并富集在抗性、蛋白水解及果胶裂解等生物学途径。本研究进一步对本室搜集的100份代表原始、野生和栽培柑橘进行深度测序并群体比较,分析表明原始柑橘的遗传多样性最高,栽培柑橘中的生殖和能量代谢相关的基因受到了选择。

    种子由多到少、由大到小,以及生殖模式由单胚到多胚的转换是柑橘“原始-野生-栽培”过程中最明显的演化规律之一。绝大多数植物的胚由受精卵发育而来,而柑橘珠心组织的体细胞也可发育成胚,叫做珠心胚。大多数柑橘品种一粒种子可产生2-10个珠心胚,进而萌发成多棵珠心苗,称之为多胚性。柑橘的多胚性是自然界中最稳定的无融合生殖类型之一,具有独特的研究与育种价值。本研究利用柑橘基因组平台优势结合前期构建的遗传群体,针对性设计了极端表型混池测序和局部基因关联分析的策略,将柑橘多胚位点定位到一段80-Kb的区域,包含11个候选基因。进一步精细剖析发现候选基因CitRWP与多胚性状的关联程度最高,并表现出胚珠特异表达的特点,且在多胚的表达显著高于单胚。在多胚柑橘品种中,该基因启动子区域有MITE(Miniature Inverted-repeat Transposable Element)转座子插入,并在786份自然变异资源中与多胚性状完全共分离。

     柑橘多胚基因的发掘和利用对于固定优良基因型、排除珠心胚的干扰、提高育种效率具有重要意义。在柑橘苗木繁育中常利用多胚性来生产整齐一致的砧木或品种,在柑橘驯化和栽培过程中多胚性也常被人们利用保存优良基因型。本研究为进一步精确利用“多胚性”分子设计辅助柑橘育种提供基因资源,同时对于大田作物引入无融合生殖性状固定杂种优势也具有借鉴价值。

     该篇论文也是我校柑橘团队基因组研究的又一成果。2013年,该团队在《自然?遗传学》(Xu et al, 2013, Nature Genetis, 45:59-66)发表了柑橘(芸香科)第一例基因组,并解析了甜橙果实富含维生素C的分子基础。经过4年的努力,柑橘团队自主完成了5例基因组,从上游到下游建立起一套适合于多年生果树作物开展正向遗传学研究的方法,并在果实品质和无性生殖研究取得新进展。

     论文网址:http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/full/ng.3839.html

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