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中科院、华大基因Nature子刊测序新成果

来源:生物通 作者: 2013-3-15
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摘要: 来自中科院遗传与发育生物学研究所、深圳华大基因研究院和亚利桑那大学等机构的研究人员完成了对短花药野生稻(Oryzabrachyantha)的全基因组测序,并揭示出了稻属基因组进化的机制。中科院遗传与发育生物学研究所的陈明生(MingshengChen)研究员、华大基因研究院的王俊(JunWang)教授和亚利桑那大学的RodA。以全面测序模式生......


来自中科院遗传与发育生物学研究所、深圳华大基因研究院和亚利桑那大学等机构的研究人员完成了对短花药野生稻(Oryza brachyantha)的全基因组测序,并揭示出了稻属基因组进化的机制。相关成果发表在3月12日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

 

  中科院遗传与发育生物学研究所的陈明生(Mingsheng Chen)研究员、华大基因研究院的王俊(Jun Wang)教授和亚利桑那大学的Rod A. Wing教授为这篇论文的共同通讯作者。

 

  以全面测序模式生物基因组为基础的比较基因组学获得了一些关于基因和基因组进化的认识。在植物中,全基因组复制、转座因子和序列重排使得基因组组构复杂化。甚至如拟南芥属或稻属中的近缘物种其基因组大小、基因数量和基因共线性也存在显著的波动。到目前为止,主要是在一个远程进化时间范围内全面测序植物基因组,限制了推论基因组改变机制的能力。而比较分析短进化时间范围内,尤其是相同属中同源区域或全基因组序列,带来了对自然、基因组重排率和机制的新认识。

 

  沿着大约1500万年的进化阶梯,稻属(genus Oryza)包含了24个物种,是研究植物基因组进化的一个理想模型。稻属基因进化的进化标记随不同位点而改变,表明需要对这些稻属进行全基因组比较。短花药野生稻被定义为F基因组型,是稻属的基本谱系。与水稻(rice)和其他稻属基因组相比,它包含一组不同的重复序列。它紧凑的基因组和独特的系统发育位置使其更接近于稻属基因组的祖先状态。因此比较短花药野生稻和水稻基因组将为我们提供一个独特的机会,探索稻属基因组进化的基因组改变及潜在机制。

 

  在这篇文章中,研究人员利用全基因组鸟枪法结合细菌人工染色体(BAC)为基础的物理图谱,装配出了大小约为261 Mb的短花药野生稻全基因组序列。发现这一紧凑基因组包含不到30%的重复元件,长末端重复反转录转座子活性较低,且有大量的古老长末端重复元件被删除。  

  研究人员在短花药野生稻基因组中注释了32,038个蛋白质编码基因,70%定位在对照水稻基因组的共线位置。其蛋白质编码基因远少于水稻,表明驯化水稻基因组中存在大量的基因家族扩增,串联基因重复和基因转移是导致水稻基因组基因家族扩增的原因。此外,研究结果表明,水稻基因组中常染色质向异染色质转变过程伴随有片段重复及串联重复,转座因子插入进一步扩大了这一转变。分析非共线性基因断点表明,通过非同源性末端连接导致的双链断裂修复在短花药野生稻基因组的基因移动和共线性消蚀(erosion)中发挥了重要作用。

 

  新研究为我们提供了高质量的短花药野生稻参考基因组序列,为开展稻属功能及进化研究提供了一个重要及宝贵的资源。


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