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中国热科院椰子研究所牵头发布椰子高质量基因组,并解密发生在400万年前的椰子“绿色革命”
作者:纠凤凤 来源:椰子研究所 发表时间:2021-11-08 点击:
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2021年11月4日,中国热科院椰子研究所作为第一完成单位,联合海南大学、广西大学、华北理工大学科研团队,在国际学术期刊 Genome Biology(影响因子:13.58;中科院一区)上发表题为“High-quality reference genome sequences of two coconut cultivars provide insights into evolution of monocot chromosomes and differentiation of fiber content and plant height”的研究论文。该研究绘制了两个参考级别椰子基因组,结合变异组学、转录组学、代谢组学以及细胞学等,揭示了单子叶植物染色体的进化过程和椰子染色的形成历程;分析了高矮两种椰子耐盐性、株高、纤维和脂质含量等关键性状差异的遗传基础,同时发现在椰子进化过程中,约在400万年前自然发生的“绿色革命”。构建了高、矮种椰子基因组精细图谱,其中高种椰子基因组大小为2.39 Gb,矮种椰子基因组大小为2.40 Gb。

 

图1 椰子基因组组装和基因组特征 a.椰子基因组circos图;b.椰子和睡莲基因组之间的基因组共线分析;c.同源基因Ks值的密度分布;d.椰子与其他15种被子植物的系统发育树;e.椰子和其他三个棕榈物种中的同源和旁同源基因家族


该研究基于椰子、紫萍、菠萝等基因组的共线性关系,重新构建了含有10条染色体的古单子叶植物基因组核型,并对椰子基因组核型的进化路线进行了推断。该研究提出的新的模型,不同于先前的研究结果(5条或7条染色体),对解释单子叶植物核型变化乃至被子植物的进化历史都提供了新的观点和研究方向。

 

图2 单子叶原染色体的推断和现存椰子染色体进化轨迹的重建 a.通过评估现存染色体之间的共享同源性来鉴定原染色体;b.植物系统发育与单子叶植物原核型重建;c.从单子叶原染色体重建进化轨迹,形成现存的椰子染色体


并进一步利用叶间距表型进行全基因组关联分析,鉴定出了12号染色体上GA20ox基因与椰子株高显著相关,并存在拷贝数变异(CNV);并整合多种手段验证了GA20ox以及赤霉素代谢途径在高矮种的差异导致了高矮种椰子的株高差异。该结果表明在椰子的进化过程中,大约在400万年前自然发生了“绿色革命”。

 

图3 多组学综合分析揭示了椰子株高差异的分子基础 a.高矮叶子的叶节间表型;b.椰子叶节间表型的全基因组关联分析;c.椰子幼苗期表型;d.椰子株高和GA20ox表达水平比较;e.赤霉素的代谢途径和高矮椰子间的基因表达差异;f.椰子中赤霉素含量的差异;g.高矮椰子细胞的光学显微镜照片;h.叶片细胞长度的比较


中国热科院椰子研究所特聘研究员王守创教授,中国热科院椰子研究所肖勇研究员,华中农业大学周智伟博士、华北理工大学研究生袁嘉庆和海南大学博士研究生郭昊为该论文的共同第一作者。中国热科院椰子研究所特聘研究员罗杰教授,广西大学陈玲玲教授和华北理工大学王希胤教授为该论文的共同通讯作者。本研究得到了海南省重大科技计划项目、国家自然科学基金和海南大学高层次人才项目的资助。