《中国科学院分子植物卓越中心等在异交多倍体遗传定位研究中获进展》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: 王晶静
  • 发布时间:2021-03-04
  • 中国科学院分子植物科学卓越创新中心与上海师范大学、中国林业科学研究院等多家单位合作在Molecular Plant上发表题为Genome-wide identification of agronomically important genes in outcrossing crops using OutcrossSeq的研究论文。该研究针对异交植物的三类实验群体,开发了一套用于构建高密度基因型图谱构建的新方法OutcrossSeq,有望提高异交植物中基因分型、定位和遗传育种的效率。

    OutcrossSeq生成的高质量基因型图谱,结合实验群体的表型考察,可以直接用于高精度的遗传定位。以其中最具挑战的六倍体甘薯为例,研究人员对甘薯杂交群体的各类农艺性状(叶形、叶色、块根数量、块根皮色等)及基因表达量数据进行了考察和遗传定位,鉴定到控制这些性状的遗传位点和候选基因,该方法创新地解决了异交多倍体物种遗传定位的难题,同样适用于其他异交物种的功能基因定位研究,为众多异交植物中复杂性状的遗传解析和分子育种以及基因组选择育种提供了一套高效、精准的解决方案。

    上海师范大学生命科学学院教授黄学辉、上海辰山植物科学研究中心研究员杨俊、中国林科院研究员裴东和分子植物卓越中心研究员张鹏为论文共同通讯作者。研究得到了国家重点研发计划、辰山专项和中国科学院等项目的资助。

  • 原文来源:http://www.cas.cn/syky/202101/t20210111_4774221.shtml
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    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2023-02-08
    • 杂草影响农业生产,因此探究杂草的起源以及如何适应农田环境对于杂草的科学治理必不可少。Grime提出的CSR生活史对策模型将植物分为竞争型(C)、耐受型(S)和杂草型(R)。为了适应农田、苗圃等低胁迫、高干扰的生活环境,抗干扰型杂草(Ruderal weeds)将能量主要分配给生殖生长,具有生命周期短、种子数量多等典型特征,但背后的遗传学基础目前尚不清楚。同时,“人类-作物-杂草”已成为探讨人类活动对生态系统和物种进化影响的重要系统。杂草快速进化、适应环境的机制的研究可以帮助科学家剖析新物种起源与进化的基本原理。   1月18日,《自然-通讯》(Nature Communications)在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心王佳伟研究组撰写的题为Common evolutionary trajectory of short life-cycle in Brassicaceae ruderal weeds的研究论文。该研究以十字花科多倍体杂草碎米荠(Cardamine occulta)为研究对象,运用基因组组装、群体进化分析、遗传学和分子生物学等手段,发现转录因子FLC(FLOWERING LOCUS C)的功能缺失以及蓝光受体CRY2(CRYPTOCHROME 2)的持续激活型突变是C.occulta生命周期缩短、适应高干扰环境的遗传学基础,并进一步在另一种杂草蔊菜(Rorippa palustris)中发现CRY2具有类似的突变,提出了以“FLC-CRY2”为核心、进化上保守的十字花科杂草进化路径。   该研究以非模式物种——十字花科的八倍体杂草C.occulta作为研究对象,对其基因组进行从头组装和注释,并对采集自起源地的87个C.occulta样本进行重测序与群体进化分析,发现其中一个进化分支分布最为广泛,能够适应人类活动的频繁干扰并随人类活动扩散。该分支在分化过程中经历了强烈的瓶颈效应,与近缘分支在开花调控途径上遗传分化显著,无法响应春化途径或光周期途径,在未经春化或者短日照条件下提前开花。研究通过遗传群体的BSA分析以及转基因植株的功能验证,定位并证实了FLC和CRY2是C.occulta无法响应春化途径和光周期途径的遗传学基础。其中,FLC发生了无义突变,翻译提前终止,形成了截短的无功能的蛋白;而CRY2发生了错义突变,形成了持续激活的CRY2蛋白。两者的相继突变使C.occulta开花提前进而生命周期缩短,形成了典型的杂草特征,得以在干扰前将种子散播出去,以此抵御干扰对繁殖后代的影响,适应人类活动频繁的环境。进一步,研究在另一种十字花科杂草R.palustris中发现CRY2也存在同样持续激活的类似突变,说明类似突变在杂草进化中具有保守性。该研究首次建立了抗高干扰型杂草模式物种,发现了FLC和CRY2突变是杂草相关性状演化的遗传学基础,提出了十字花科杂草的共同进化路径。   研究工作得到国家自然科学基金基础科学中心项目、创新研究群体项目以及中国科学院战略性先导科技专项的支持。
  • 《中国科学院分子植物卓越中心等揭示同源转座子维持普通小麦多倍体亚基因组高级结构稳定性》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:王晶静
    • 发布时间:2021-03-04
    • 2021年1月8日,Genome Biology在线发表中国科学院分子植物科学卓越创新中心张一婧研究组与河南农业大学、中国农业科学院和河南科技学院合作完成的题为Homology-mediated inter-chromosomal interactions in hexaploid wheat lead to specific subgenome territories following polyploidization and introgression的论文,通过解析矮抗58三维基因组揭示同源转座子参与维持普通小麦多倍体亚基因组高级结构稳定性。 染色体组多倍化是推动植物演化的重要因素,是物种形成的主要途径之一。在全球广泛种植的普通小麦(Triticum aestivum, 2n=6x=42, AABBDD)是经过两次多倍化事件形成的异源六倍体,含有三个相近但不完全相同的亚基因组(A、B、D)。A、B、D亚基因组在细胞中相对独立,减数分裂配对仅限于来自同一亚基因组的染色体伴侣,不同亚基因组的同源染色体间一般不会发生配对。迄今为止,对亚基因组间和亚基因组内不同染色体之间互作机制的探索少有报道。 百农矮抗58(AK58,河南科技学院教授茹振钢培育成功的小麦优良品种)具有高产稳产、耐逆抗病、适应性广等特点,其选育及应用获得2013年度国家科技进步一等奖。2015年以来,河南农业大学、中国农科院作物科学研究所与河南科技学院联合开展了AK58的基因组测序与分析,基因组序列已在国内提前释放。该论文为AK58系列文章之一。 研究通过分析染色质空间结构,发现AK58不同亚基因组的染色质在细胞中相对独立,亚基因组内部染色体之间的互作远大于亚基因组间染色体的互作。结合基因组序列比较,发现亚基因组内部染色体间的互作与亚基因组偏好转座子的存在密切相关,表明亚基因组特异性的转座子介导了亚基因组内部染色体间的高级结构互作。1BL/1RS易位染色体内部互作明显,但1RS与小麦其他染色体的互作显著降低,这或与其特殊的转座子构成密切相关。该研究揭示了特异转座子参与维持多倍体亚基因组的稳定性及外源渗入染色体片段的独立性,以及特异转座子在稳定多倍体亚基因组过程中的重要作用(模型图)。不同的比对参数会获得完全不同的结论,设置合适的比对参数对研究结果较为重要,并提示分析过程中可利用参数对结果的影响揭示深层的分子机理。 分子植物卓越中心研究员张一婧、中国农业科学院研究员贾继增和赵光耀、河南农业大学教授王道文、河南科技学院教授茹振钢为论文的共同通讯作者。贾继增及博士生谢忆琳、程静菲、孔垂正为论文的共同第一作者。河南农业大学教授崔党群、河南科技学院教授胡铁柱合作参与研究工作。研究工作得到国家重点研发计划、国家“2011”计划河南省粮食作物协同创新中心建设资金及中国科学院战略性先导科技专项的资助。