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世界首个梅花全基因组重测序研究完成

2018-05-11 20:11:20来源:科技日报  

记者9日从北京林业大学获悉,首个梅花全基因组重测序研究完成,构建完成了世界首张梅花全基因组变异图谱。梅花全基因组重测序的完成将为其...

记者9日从北京林业大学获悉,首个梅花全基因组重测序研究完成,构建完成了世界首张梅花全基因组变异图谱。梅花全基因组重测序的完成将为其分子标记辅助育种的研究提供重要的理论框架,也将在应用上为其花色、花型、株型等重要观赏性状基因的遗传选育及品种改良提供重要平台,对梅花重要观赏性状的遗传解析具有里程碑的作用。

该研究由北京林业大学张启翔教授领衔的国家花卉工程技术研究中心,与青岛华大基因研究院、深圳华大生命科学研究院及宾夕法尼亚州立大学等单位通力合作,4月27日完成,“梅花花部性状的遗传结构”研究论文在《自然通讯》在线发表,链接为:https://rdcu.be/MJwC。

“梅花全基因组重测序顺利完成,是继梅花全基因组研究工作后的又一重要突破,将有助于开展梅花株型、花色和花型等重要观赏性状的分子标记辅助育种工作,有助于解析诸多重要性状功能基因的遗传机理,为梅花及相关种属的分子育种奠定基础;”“梅花花部性状的遗传结构”项目首席专家、国家花卉工程技术研究中心主任张启翔说,同时梅花全基因组重测序相关研究以及我们正在开展的其他后基因组学研究,对于我国花卉的基础研究进展将产生深远的影响。”

梅花,蔷薇科李属植物,我国是世界上重要的梅花起源和栽培中心,已有3000多年的栽培历史,居中国十大名花之首,有花魁之称。其生物学特性最为可贵之处在于花期早,可在晚冬及早春时节开花。作为一种重要的观赏植物,梅花花色繁多、花香浓郁、花型极美,与松、竹并称“岁寒三友”,并被赋予了“坚贞不屈”、“高雅脱俗”等精神特质和文化表征,历来颇受文人墨客推崇,留下诸多咏梅诗篇。此外,梅还有花梅与果梅之分,梅果还可加工成多种产品,极具营养价值。

据介绍,鉴于梅花栽培品种经过长期的人工驯化和自然授粉,其遗传背景极为复杂,为了揭示梅花和李属的演化历史,开展梅花分子标记辅助育种工作,揭示梅花重要观赏性状的遗传机理,该项目选取333株梅花品种、15株野生梅花以及梅花的近缘物种山杏、山桃和李开展全基因组重测序研究,利用Illumina HiSeq 2000的测序平台,平均测序深度19.3X,挖掘到534万个SNP标记(单核苷酸多态性标记),极大地推动了梅花群体遗传学分析、全基因组关联分析和李属泛基因组研究的顺利开展。

基于挖掘的SNP标记,以梅花的近缘物种山杏、山桃和李为外类群,构建了梅花品种的系统发育树,共有16个亚群(P1-P16),从该亚群中选择7个梅花品种和1个野生梅花,与梅花的近缘物种山桃、山杏、李进行深度测序和基因组组装,结合已经发表的桃和梅花基因组,开展梅花和李属的泛基因组学研究。通过对测序序列组装,Contig N50平均为15.5Kb,Scaffold N50平均为22.6Kb,对组装序列进行注释,梅花中有22499个核心基因,李属中有19135个核心基因。在梅花基因组中有3364个特有基因,主要在类黄酮、苯丙烷类化合物、苯基丙胺酸等代谢通路中富集,与梅花花色、花香等重要的观赏性状形成相关。

图注:梅花花瓣、花萼、柱头和花芽颜色的全基因组关联分析图

责任编辑:hnmd003