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柑橘:基因组研究分析柑橘大家族的前世此生

2020-01-18 21:47:23 柑橘树

柑橘:基因组研究剖析柑橘大家庭的前世今生

 

芸香科柑橘属包括人们熟知的多种水果,如橘子、甜橙、柚子、柠檬、青柠等,这一成员众多且纷乱的水果大家族拥有久远的栽培历史,而且具有重要的经济使用价值。随着基因测序技术的连续不停发展,柑橘属的起源与驯化问题以及其特殊性状形成机制也刚开始变得明确。

 

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甜橙基因组图谱搭建完成

(Nature Genetics, 2012)

 

华中农业大学在2012年首次完成了甜橙(Citrus sinensis)基因组搭建工作中,为了减少组装难度,研究人员采用双单倍体测序法子取得成功绘制出了甜橙的87%的基因组序列,组装基因组大小为320Mb,ContigN50为49.89Kb,ScaffoldN50为1.69Mb,编码蛋白质的基因数量为29,445个。

 

柑橘:基因组研究剖析柑橘大家庭的前世今生

图1 组装的基因组与遗传图谱比对

 

重测序剖析阐明二倍体甜橙具有较高的杂合度(50%),同时SNPs密度偏好性发现柚和柑橘的成就度为1:3,并有证据阐明甜橙的叶绿体很将会来发源柚。凡是,研究人员推断:母本柚(pummelos)与父本柑橘(mandarins)发起杂交,再与母本柚(pummelos)回交,从而形成甜橙。

 

柑橘:基因组研究剖析柑橘大家庭的前世今生

图2 甜橙起源的实体模型

 

对甜橙基因组剖析,表明甜橙基因组的超进化历史,同时发现甜橙中与维生素C合成关于的基因出现基因扩增等现象,进一步融合RNA-Seq发起协同剖析,发现GalUR基因解释上调很将会是甜橙富含维C的重要理由。

 

柑橘:基因组研究剖析柑橘大家庭的前世今生

图3 与维C分泌相关的基因解释与超进化

 

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橘、柚、橙基因组测序初步表明柑橘属繁杂的驯化全历程

(Nature Biotechnology, 2014)

 

2014年,美国科学研究家完成了几种柑橘属水果的基因组测序,其中包含四种柑橘、两种柚和酸橙,这一研究成果刊登在Nature Biotechnology杂志上,该研究搭建了更高质量的柑橘属物种基因组,较之前刊登的甜橙基因组质量有显著提高(Contig L50=119Kb,ScaffoldL50=6.8Mb)。此外,该研究也对柑橘属的演化、驯化等问题发起了探讨。该研究阐明,栽培柚来源祖先种C. maxima,栽培宽皮桔来源C. reticulata,并有C. maxima的渗入。

 

柑橘:基因组研究剖析柑橘大家庭的前世今生

图4 柑橘属染色体超进化关系

 

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柑橘属基因组测序表明其多胚性状形成机制

(Nature,2017)

 

继甜橙基因组公开以后,华中农业大学同一研究团队再一次完成了四个柑橘代表种的基因组搭建工作中,并通过协同较为基因组、重测序以及转录组等等法子分析了柑橘“多胚”形成的分子基本,锁定了核心基因CitRWP。

 

研究人员利用单分子测序技术(PacBio)搭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。

 

柑橘:基因组研究剖析柑橘大家庭的前世今生

图5 柑橘属系统超进化关系及性状表现

 

进一步对100份代表性原始、野生和栽培柑橘发起深度测序及群体较为,剖析阐明原始柑橘的遗传多样性最高,栽培柑橘中的生殖和能量分泌相关的基因受到了选择。

 

柑橘:基因组研究剖析柑橘大家庭的前世今生

图6 柑橘遗传多样性和群体差别剖析

 

本研究利用柑橘基因组平台优势融合前期搭建的遗传群体,针对性设计了恶劣表型混池测序和局部基因关联剖析的举措,将柑橘多胚位点定位到一段80Kb的区域,包括11个候选基因。进一步精细解析发现候选基因CitRWP与多胚性状的关联水平最高,并表现出胚珠特异解释的特点,且在多胚的解释显著高出单胚。

 

柑橘:基因组研究剖析柑橘大家庭的前世今生

图7 柑橘多胎化基因定位

 

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柑橘属泛基因组测序表明其起源与超进化机制

(Nature,2018)

 

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