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《武汉植物园在莲藕膨大研究方面取得新进展》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者： hujm
  • 发布时间：2022-06-20

  • 　莲是我国重要水生经济作物，集观赏、食用和药用价值于一身。莲的地下茎（发育早期为不膨大的藕带，发育后期膨大成藕）不仅是一种重要的水生蔬菜，而且是进行无性繁殖的繁殖器官。热型莲的地下茎因不能膨大成藕，无法在亚热带地区和温带地区成功越冬，所以莲藕膨大可保证莲成功越冬和来年春季正常的发芽。

    　　近日，Plant Molecular Biology发表了来自于武汉植物园的题为“Identification of QTLs and a putative candidate gene involved in rhizome enlargement of Asian lotus (Nelumbo nucifera)”的文章。该研究利用QTL定位和异源转化技术，开展了莲地下茎膨大机制的研究。该研究将热带莲和温带莲的F2分离群体进行了全基因组重测序技术，构建了一张含有236840个SNP的遗传连锁图，进一步对地下茎膨大节数和膨大系数等性状进行了QTL定位，获得了3个稳定性QTL。进一步对主效QTL区间内基因进行转录组的分析，发现了对地下茎膨大有促进作用的基因NnBEL6。该基因的表达量在地下茎膨大过程中诱导表达。通过异源转化马铃薯实验证实了NnBEL6对块茎膨大的作用。本研究揭示了莲藕膨大的遗传基础和候选基因，为增强莲越冬繁殖能力提供了理论依据。

    　　以上研究由中国科学院武汉植物园完成，刘艳玲副研究员为论文的第一作者，杨美研究员为通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金(31872136和31772353)、中国科学院生物资源计划(KFJ-BRP-007-009)和中国科学院前沿科学重点研究计划（QYZDB-SSW-SMC017)的资助。

  • 原文来源：http://www.whiob.ac.cn/xwdt/kydt/yjjz/202206/t20220620_6463372.html;https://link.springer.com/article/10.1007/s11103-022-01281-w#Sec17
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相关报告

  • 《武汉植物园在莲NAC转录因子研究方面取得新进展》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2022-07-06
    • NAC转录因子是植物特有的一类转录因子，在植物界广泛存在，参与调节植物的各种生物学过程，例如器官发生、组织发育以及胁迫应答响应等。然而，莲中NAC转录因子家族尚未报道。 　　近日，Frontiers in genetics发表了来自中国科学院武汉植物园莲种质资源与遗传育种学科组题为“Genome-Wide Characterization and Comprehensive Analysis of NAC Transcription Factor Family in Nelumbo nucifera”的文章。该研究在亚洲莲的基因组中鉴定到82个NnNAC基因，并对这些NnNAC基因的序列特征、进化和转录激活活性等进行了分析。研究结果表明，同源基因对表现出相似的保守基序和基因结构特征。NnNAC蛋白广泛的转录激活能力是由高度分化的C端激活域(AD)介导。该研究还鉴定到30和29个NnNAC候选基因分别参与莲子发育进程和莲水淹胁迫响应。本研究扩展了我们对NnNAC基因家族的认识，为今后莲的分子育种和种质资源创新提供了重要的基因资源。 　　中国科学院武汉植物园在读博士生宋贺云为论文的第一作者，中国科学院武汉植物园杨美研究员、孙恒助理研究员为该论文的通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、中国科学院生物资源计划和湖北省自然科学基金的资助。
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  • 《武汉植物园在菱属泛基因组和结构变异研究方面取得新进展》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2023-10-18
    • 水稻、玉米和小麦为三大主粮作物，占据了世界粮食产量的 80%以上，主粮来源单一也成为全球粮食安全和营养安全的隐患，对“孤儿作物”（orphan crop）的重视利用是应对粮食安全危机的有效手段之一。然而，随着城乡现代化进程的持续推进和现代集约化农业的快速发展，“孤儿作物”野生种和地方品种资源正日趋减少，与主粮作物相比，其种质资源的研究及现代育种技术的应用严重滞后。菱角就是一种典型的“孤儿作物”，自新石器时代以来，长江流域的先民开始有意识地大规模采集、驯化菱角，在南宋时期已成为江南地区的主粮之一，仅太湖地区就形成了包括“乌菱”、“南湖菱”等20多个栽培品种。随着基因组学技术的发展，泛基因组研究已成为全面理解作物重要性状形成机制的重要手段，被广泛应用于作物育种改良。近日，武汉植物园东亚植物演化、保护与利用学科组邱英雄研究员团队在Horticulture Research期刊以Research article形式在线发表了题为“Pangenome of water caltrop reveals structural variations and asymmetric subgenome divergence after allopolyploidization”的研究论文。 　　菱属（Trapa L.）包含欧菱（T. natans）和细果野菱（T. incisa）两个种，其中欧菱包括异源四倍体（AABB）与二倍体（AA）两种倍性，而细果野菱（BB）为二倍体，栽培菱角即驯化于形态较大的二倍体欧菱（图1）。本论文组装了菱属两个二倍体物种的高质量基因组，结合已发表的四个（亚）基因组，构建了基于基因家族的泛基因组（图2），结果显示：在全部基因家族中，核心基因家族（core gene clusters）、可变基因家族（dispensable gene clusters）与私有基因家族（private gene clusters）分别占所有基因家族的48.05%、28.92%和23.03%。同时，该研究还以栽培南湖菱（欧菱）基因组（TnA_NL）为骨架，基于211,598个非冗余的插入缺失变异（PAVs）构建了菱属的图形化基因组，这种图形化基因组为结构变异的精确分型提供了平台。为了探究PAVs是否与二倍体种之间的表型差异有关，研究团队进一步鉴定到了40,453个PAVs在A/B两种基因组类型间完全分化，这些PAVs涉及2,570个基因。GO富集分析发现，这些基因的功能主要包括器官生长发育、有机物代谢过程、响应外界刺激三类，且在多个器官中呈现差异表达，表明了这些基因可能在二倍体种间表型分化和生殖隔离方面起到了关键作用（图3）。此外，基于亚基因组和亲本基因组之间的比较和泛转座子（TE）分析，我们发现异源四倍体欧菱经历了亚基因组不对称演化，其中B亚基因组为显性亚基因组，而不平衡的PAVs、TE扩增、部分同源互换以及基因表达差异等因素共同驱动了异源多倍体的亚基因组不对称演化（图4）。总之，菱属泛基因组构建和结构变异鉴定为菱角研究提供了重要的资源和平台，研究结果不仅加深了人们对多倍化过程中基因组演化的认识，也为菱角种质资源的遗传评价和种质创新奠定了坚实的基础。 　　浙江大学/武汉植物园联合培养博士研究生张心怡和陈阳（现任职宁波市农科院）为论文共同第一作者，中国科学院武汉植物园邱英雄研究员和金华市农科院郑寨生研究员为论文的共同通讯作者。武汉植物园水生植物研究中心陈媛媛副研究员参与部分工作，中国农科院深圳基因组研究所周永锋研究员为该研究结果解读提出了宝贵的建议和讨论。该研究得到浙江省金华市农科院院地合作项目的资助。  
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