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【优秀文章推荐】首个《杜仲全基因组精细图》揭示聚异戊二烯的生物合成 已有1人参与
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杜仲既是名贵的中药材，也是最主要的硬橡胶胶源树种，因此具有重要的经济价值，但是目前对杜仲的基因组知之甚少。本报告植物材料选自湖北神农架野生杜仲单株，通过二代和三代测序及组装相结合的方法，得到了绞木目首个高质量的基因组。组装结果显示，杜仲的基因组大小为1.18Gb，Scaffold N50达到1.88Mb。通过对从头预测、同源预测及转录组预测三种注释方法结果的整合，得到26723条蛋白编码基因。通过对杜仲基因组中胶合成相关基因的分析发现，与产顺式胶的巴西橡胶树不同的是，杜仲合成长链反式聚异戊二烯的酶为法尼基焦磷酸合酶1，3和5（EuFPS1，3，5）。尽管杜仲中橡胶延伸因子/小颗粒橡胶蛋白（REF/SRPP）基因家族显著扩张，只有EuSRPP1基因与杜仲胶的生物合成相关，且进化分析表明，杜仲胶与巴西橡胶的产胶特征可能是独立起源，因此植物界的产胶特征可能是多起源的。结合基因扩张及转录组分析发现，杜仲的抗性强及生物活性物质含量高这些优良性状可能与其相关途径的基因扩张和高表达相关。本报告为揭示杜仲胶的生物合成和抗逆机理提供了宝贵的理论基础，并将促进杜仲的遗传改良和生物学研究。 天然橡胶与石油、煤炭和钢铁并称为四大工业原料，是关系国计民生的基础产业和重要战略物资。杜仲是传统的名贵中药材，也是我国特有的产胶植物。在众多产胶植物中，杜仲产业化前景最大，极具开发潜力。杜红岩等人的研究发现，杜仲属基本菊类分支，与真菊I类和II类的分化时间可追溯到约在一亿两千九百万年前，杜仲经历了古老的基因组三倍化复制，无近期基因组复制发生。杜仲的环境适应机制可归因于逆境反应或次生代谢产物相关基因的显著扩张/高表达。与橡胶树一致，异戊二烯焦磷酸主要来自甲瓦龙酸途径；尽管杜仲和橡胶树SRPP/REF基因家族都存在显著扩张，与橡胶树SRPP和REF基因同时参与顺式橡胶合成不同，只有SRPP基因参与杜仲胶合成。杜仲FPS基因家族存在扩张并出现功能分化，产生了具有反式长链橡胶合成功能的II类FPS基因。此外，杜仲和橡胶树SRPP/REF和FPS基因家族成员属不同分支，暗示双子叶植物中橡胶生物合成为多起源。该研究首次获得了杜仲高质量基因组序列并解析了杜仲环境适应及胶生物合成机制，对杜仲生物学研究、良种培育、种植及产业链形成具有重要意义。 本研究首次在木本植物全基因组测序中科学地结合第二代和第三代测序技术，采用混合组装方法，攻克了杜仲基因组的高杂合、高重复序列带来的组装困难等瓶颈问题；获得了大量杜仲橡胶合成相关的功能基因，将加快高产胶杜仲新品种培育，有效降低杜仲橡胶产业化成本，促进杜仲产业健康快速发展；挖掘了大量杜仲药用成分相关的功能基因，为筛选和培育杜仲高药用成分新品种提供了坚实基础；发现了大量杜仲抗逆性和环境适应性相关的功能基因包括耐热基因、抗寒基因、抗旱基因、抗盐碱基因、抗虫基因等，揭示了杜仲适应性强的分子机制。 |
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