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Nature Genetics:多种技术分析草莓基因组

2020-03-21 04:14:06 草莓

一转眼又到了草莓上市的时节。这种小巧可爱的果实有着酸甜爽口的味道,可搭配出各类各式各样各样的美妙滋味。只有,对于草莓的基因组,你又知道是多少?

世界各地普遍种植的凤梨草莓(Fragaria × ananassa)是一种有着八倍体基因组的繁杂植物,由两种野生的八倍体草莓杂交而成:弗吉尼亚草莓(Fragaria virginiana)和智利草莓(Fragaria chiloensis)。这两种植物都来自四个二倍体祖先物种。

前不久,美国密歇根州立大学和加州大学戴维斯分校的研究人员组装出近乎完整的栽培草莓基因组,并表一目了然这种繁杂的异源多倍体的起源和超进化全历程。这项成果刊登在《Nature Genetics》杂志上。

在这项研究中,研究人员利用了Illumina短读长、PacBio长读长以及10x Genomics单倍型定相数据的组合,并在Dovetail Hi-C染色体彼此作用数据的帮忙下发起组装。由此发生的从头刚开始组装包括近108,100个预测的蛋白质编码基因,有助于人们知道草莓的系统发育和二倍体祖先植物。

“这个参考基因组可当作一种强大的平台,供育种人员开发设计同源特异性的标识,以便追踪和利用目标基因座上的等位基因多样性,”作者总结道,并指出“我们预计,该参考基因组将大大加快栽培种凤梨草莓的分子育种工作中”。

研究人员从幼嫩的凤梨草莓叶组织中提取出高分子量DNA,并制备文库用于PacBio RSII和Illumina多个平台上的测序。他们还得到了10x Genomics Chromium和Dovetail Hi-C数据,综合后生成805.5 Mb的基因组组装,预计占草莓基因组的99%。

然后,他们利用现有的软件、蛋白质序列数据、解释序列标签和10套转录组数据来批注基因组,发现凤梨草莓基因组中大致含有108,087个蛋白质编码基因和15,621个明显的基因间长链非编码RNA(lncRNA)。

研究人员还对数十种二倍体草莓的转录组发起了测序,以协助后续的系统发育研究。利用系统发育和基因变换剖析,他们探索了草莓中抗病基因的来源,特别关注核苷酸融合位点和富含亮氨酸重复序列(NBS-LRR)基因簇。

除此之外,研究人员指出,达到三分之一的草莓基因组组装都由转座元件(TE)序列构成,特别是长末端重复反转录转座子(LTR-RT)。他们的结果阐明,随着TE密度的减少,基因解释上升,反之亦然,这阐明TE密度在异源多倍体植物各个亚基因组间的均衡中起作用。

例如,他们发现来发源野草莓(F. vesca)祖先植物亚基因组的基因解释增加,其TE密度低于二倍体祖先日本草莓(F. nipponica)、绿色草莓(F. viridis)以及饭沼草莓(F. iinumae)。这似乎带动了显性亚基因组所编码的分泌通路,包含那些与草莓颜色、味道和香气关于的分泌通路。

“通路剖析阐明,某些分泌组和抗病性状在很大水平上受到显性亚基因组的控制,”作者写道,并指出“这些结果和参考基因组应当成为今后超进化研究的有力平台,协助实现草莓的分子育种”。(生物通 薄荷)

原文检索

Origin and evolution of the octoploid strawberry genome

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