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【優(yōu)秀文章推薦】北京林業(yè)大學(xué)通過梅花全基因組重測序揭示花性狀的遺傳結(jié)構(gòu) 已有2人參與
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梅花全基因組重測序的完成將為其分子標記輔助育種的研究提供重要的理論框架，也將在應(yīng)用上為其花色、花型、株型等重要觀賞性狀基因的遺傳選育及品種改良提供重要平臺，對梅花重要觀賞性狀的遺傳解析具有里程碑的作用。梅花由于其良好的觀賞特性而在中國馴化了數(shù)千年，并且其種植進一步擴大到整個東亞。梅的花朵具有多彩的花冠，各種花型，令人愉快的香氣，以及低至-19°C2的溫度容忍度。作為一種長壽的木本植物，許多在中國幾個地方有幾百年甚至幾千年歷史的梅樹，為研究馴化的遺傳過程提供了一套獨特的材料。 梅花（Prunus mume）為薔薇科李屬植物，我國是世界上重要的梅花起源和栽培中心，梅花在我國已有3000多年的栽培歷史，深受國人喜愛，居中國十大名花之首，有花魁之稱。其生物學(xué)特性最為可貴之處在于花期早，可在晚冬及早春時節(jié)開花。作為一種重要的觀賞植物，梅花花色繁多、花香濃郁、花型極美，與松、竹并稱“歲寒三友”，并被賦予了“堅貞不屈”、“高雅脫俗”等精神特質(zhì)和文化表征，歷來頗受文人墨客推崇，留下諸多詠梅詩篇。此外，梅還有花梅與果梅之分，梅果還可加工成多種產(chǎn)品，極具營養(yǎng)價值。 鑒于梅花栽培品種經(jīng)過長期的人工馴化和自然授粉，其遺傳背景極為復(fù)雜，為了揭示梅花和李屬的演化歷史，開展梅花分子標記輔助育種工作，揭示梅花重要觀賞性狀的遺傳機理，該項目選取333株梅花品種、15株野生梅花以及梅花的近緣物種山杏、山桃和李開展全基因組重測序研究，利用Illumina HiSeq 2000的測序平臺，平均測序深度19.3X，挖掘到534萬個SNP標記（單核苷酸多態(tài)性標記），極大地推動了梅花群體遺傳學(xué)分析、全基因組關(guān)聯(lián)分析和李屬泛基因組研究的順利開展。基于挖掘的SNP標記，以梅花的近緣物種山杏、山桃和李為外類群，構(gòu)建了梅花品種的系統(tǒng)發(fā)育樹（圖1），共有16個亞群（P1-P16），從該亞群中選擇7個梅花品種和1個野生梅花，與梅花的近緣物種山桃、山杏、李進行深度測序和基因組組裝，結(jié)合已經(jīng)發(fā)表的桃和梅花基因組，開展梅花和李屬的泛基因組學(xué)研究。通過對測序序列組裝，Contig N50平均為15.5Kb，Scaffold N50平均為22.6Kb，對組裝序列進行注釋，梅花中有22499個核心基因，李屬中有19135個核心基因。在梅花基因組中有3364個特有基因，主要在類黃酮、苯丙烷類化合物、苯基丙胺酸等代謝通路中富集，與梅花花色、花香等重要的觀賞性狀形成相關(guān)。 為了開展梅花分子標記輔助育種的工作，基于挖掘的SNP標記，對333株梅花品種的24個重要觀賞性狀進行了全基因組關(guān)聯(lián)分析，在梅花的4條染色體上分別鑒定了5個顯著的候選基因區(qū)域與花色、花萼顏色、柱頭顏色、花藥顏色、花瓣數(shù)、花徑、木質(zhì)部顏色和株型等10個性狀相關(guān)。為了檢測這些候選基因在表達水平的差異，對梅花品種‘烏羽玉’和‘米單綠’進行轉(zhuǎn)錄組測序，有3277個顯著差異表達的基因。通過對轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的分析，在4號染色體的229Kb至5.57Mb之間，挖掘到了76個SNPs標記與花瓣、花萼、花芽和柱頭顏色相關(guān)聯(lián)（圖2）。在4號染色體上，挖掘到了編碼R2R3 MYB轉(zhuǎn)錄因子的候選基因MYB108，通過轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析，該基因僅在‘烏羽玉’（花瓣為紅色）中有表達，在‘米單綠’（花瓣為白色）中沒有表達。利用String database數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建了影響MYB108基因表達的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)E2F1參與了MYB108基因表達的調(diào)控。本研究也發(fā)現(xiàn)MYB108基因上游的3個啟動子區(qū)域中存在一個顯著的SNP標記，影響該基因的表達�？傊�MYB108基因在控制梅花花瓣的顏色中起著至關(guān)重要的作用，為揭示梅花花色的分子遺傳機理奠定基礎(chǔ)。通過構(gòu)建梅花遺傳圖譜，將控制垂枝性狀的候選基因定位在7號染色體的1.15Mb區(qū)域，結(jié)合梅花品種全基因組關(guān)聯(lián)分析，挖掘到了控制垂枝性狀的bHLH157和CYP78A9等13個與木質(zhì)素合成相關(guān)的候選基因，為開展垂枝性狀的分子遺傳學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。 |
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4樓2018-05-04 01:25:02
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