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                  新闻中心

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                                  基因组所发布菊苣、苦菊、牛蒡和雪莲果参考基因组

                                  2022-07-04 05:18:48来源:

                                  【字体:

                                    

                                  6月25日,《分子生态资源( Molecular Ecology Resources )》在线发表了基因组所樊伟团队研究论文,题为“ The genomes of chicory, endive, great burdock and yacon provide insights into Asteraceae paleo-polyploidization history and plant inulin production ”。本研究首次组装了菊苣、苦菊、雪莲果染色体级别的基因组,并更新了牛蒡基因组;明确了这些物种的分歧时间和近期多倍化事件;探讨了 FAZY 基因与果聚糖聚合度的关系。研究成果将推动果聚糖代谢分子调控网络的解析与菊科植物基因组学基础研究。


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                                  淀粉是被子植物中最普遍的储能物质,常见的谷类、豆类、薯类等均含有丰富的淀粉,为我们日常活动和代谢提供能量。植物中另外一种常见储能物质为果聚糖,主要存在于菊科、禾本科、百合科等物种。果聚糖在植物体内能够调节渗透压、增强抗逆性;果聚糖不能被人体消化吸收,却能被肠道益生菌利用,在食品健康行业中广泛以低聚果糖制作代糖、以高聚果糖(菊粉)制作膳食纤维和益生元,市场前景广阔。目前市场上的菊粉主要从菊苣根中提取,富含低聚果糖的苦菊、牛蒡、雪莲果尚未充分开发利用。


                                  除用作果聚糖提取外,菊苣还是一种优质牧草,其肉质根避光培养长出的芽球为高档蔬菜,口感鲜嫩,微苦带甜;苦菊可炒食或凉拌,是清热去火的美食佳品;牛蒡药食同源,种子和根可入药,也可煲汤或制作牛蒡茶;雪莲果又称菊薯,其块茎为清脆爽口、皮薄多汁、有保健价值的水果。对这些菊科经济植物开展基因组学研究,能够解析果聚糖代谢基因与调控机制,并促进它们的生物育种与改良。


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                                  研究团队利用PacBio CCS(HiFi)三代测序、Hi-C染色质构象捕获测序技术和自主开发的scaffolding工具EndHiC构建了菊苣、苦菊、牛蒡)、雪莲果参考基因组。菊苣、苦菊、牛蒡、雪莲果基因组序列总长分别为1.28 Gb、0.89 Gb、1.73 Gb和2.72 Gb,分别含有53,946、63,781、47,055、89,960个蛋白质编码基因。菊苣、苦菊和牛蒡基因组主要是由40-45 MYA菊科祖先发生的全基因组三倍化(WGT-1)形成的;雪莲果基因组是由WGT-1、28-29 MYA向日葵超族发生的全基因组复制(WGD-2)和5.6-5.8 MYA独有的WGD-3共同作用形成的。


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                                  图1 | 菊科祖先的全基因组三倍复制WGT-1、向日葵科祖先的全基因组复制WGD-2和雪莲果的近期全基因组复制WGD-3


                                  大多数果聚糖代谢酶(FAZY)基因在菊苣、苦菊和牛蒡基因组中为单拷贝,而在雪莲果基因组中存在两个拷贝;菊苣中1-FEH基因拷贝数明显增加。在菊苣、苦菊和牛蒡的肉质直根以及雪莲果块茎中所有 FAZY 基因及其转录因子基因 MYB17、MYB3、MYB5 均表达。果聚糖合成基因 1-SST 和 1-FFT 、分解基因 1-FEH I  和 1-FEH II 在基因组空间座位上彼此靠近,有利于转录因子协同调控。物种间果聚糖聚合度(DP)差异主要取决于1-FFT酶的底物选择性,通过AlphaFold2预测1-FFT酶蛋白空间结构并比较种间差异,确定了催化果糖基转移反应的关键活性位点,探讨了果聚糖聚合度的影响因素和调控机制。


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                                  图2 | 果聚糖合成分解酶基因和调控转录因子的拷贝数、表达量及基因组空间位置


                                  本研究首次组装了菊苣、苦菊、雪莲果染色体级别的基因组,并更新了牛蒡基因组;明确了这些物种的分歧时间和近期多倍化事件;探讨了 FAZY 基因与果聚糖聚合度的关系。研究成果将推动果聚糖代谢分子调控网络的解析与菊科植物基因组学基础研究。


                                  基因组所樊伟研究员为论文第一作者和通讯作者,基因组所博士后王森、博士生王恒超、硕士生王安琪为文章的共同第一作者,该研究得到了中国农业科学院青年英才计划、深圳市重点实验室基金 (ZDSYS20141118170111640)、中国农科院科技创新工程支持。


                                  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1755-0998.13675



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