柚子基因组比较分析以及祖先染色体重构

柚子(Citrus grandis Osbeck)全基因组测序完成为柑橘植物乃至整个芸香科植物提供了研究机会。本研究通过对柚子基因组结构分析,鉴定柚子基因组中存在的由多倍化产生的重复基因,构建了葡萄基因组和柚子基因组之间与多倍化、物种分化相关联的同源共线性基因列表,为柚子基因组进化和基因功能演化提供了重要的比较基因组学数据资源;通过与外类群葡萄保留的同源染色体区域进行比较,发现柚子基因组在多倍化之后发生了大量的片段化重组;利用葡萄基因组保留有较完整的染色体结构相对于真双子叶六倍体(ECH),结合葡萄和柚子基因组之间的同源关系,推断出柚子祖先基因组结构。本研究对理解柚子基因组乃至柑橘植物基因组以及其进化提供了重要的比较基因组学的基础。     

我国学者破解中国种茶树全基因组密码

正近日,由安徽农业大学教授宛晓春团队牵头的多个研究团队,破解了世界上分布最广的中国种茶树的全基因组信息,为研究山茶属植物的物种进化、茶叶风味物质形成机理与品质调控、分子育种等奠定了基础。该成果由宛晓春团队联合深圳华大基因和中国科学院国家基因研究中心(上海)等共同完成,相关成果日前在线发表于《美国科学院院刊》。     

我学者破解中国种茶树全基因组密码

正近日,由安徽农业大学教授宛晓春团队牵头的多个研究团队,破解了世界上分布最广的中国种茶树的全基因组信息,为研究山茶属植物的物种进化、茶叶风味物质形成机理与品质调控、分子育种等奠定了基础。该成果由宛晓春团队联合深圳华大基因和中国科学院国家基因研究中心(上海)等共同完成,相关成果日前在线发表于《美国科学院院刊》。     

多倍化是杂草起源与演化的驱动力

杂草及外来植物入侵给全球经济发展及生态环境都带来了严重危害,研究其起源与演化将有助于它们的管理与控制。多倍化是植物进化的主要驱动力量,然而多倍化在杂草起源与演化中的作用还停留在种类统计以及零碎的研究案例证据上。本文综述了植物多倍体基因组结构及基因表达的研究进展以及染色体加倍后的生态学效应。多倍化促进了基因组水平与表型水平的进化,影响物种或群体生存竞争能力和繁殖扩展能力,提高物种或群体生态适应性。这一遗传过程可能促使外来种在新的生境中的成功入侵进而转变为杂草,并提出重视开展对杂草及外来入侵植物的多倍化研究的设想。     

植物蔗糖转运基因家族功能分化的生物信息学分析

［目的］用生物信息学方法分析植物蔗糖转运基因家族的功能分化,并明确具有正选择作用的点突变在植物蔗糖转运基因进化过程中的作用。［方法］在基因组水平上对植物的蔗糖转运基因进行鉴别和分类,并利用DIVERGE和PAML软件分别进行功能分化和正选择替代分析。［结果］经基因组检测,发现蔗糖转运基因家族除在单细胞藻类植物中不存在外,在其他植物中均普遍存在;系统发育分析将植物中蔗糖转运基因分成了5个亚群,并发现亚群间存在Ⅰ型功能分化现象;此外,在3个亚群内检测出了显著的正选择效应。［结论］植物蔗糖转运基因家族在长期进化过程中形成了亚群间的功能分化,同时,具有正选择作用的点突变在该基因家族进化过程中起到重要作用。     

无油樟与葡萄、拟南芥、水稻基因组的多倍化及共线性分析

以无油樟、葡萄、拟南芥和水稻为研究对象,基于比较基因组学的研究方法,对物种基因组内和基因组间进行同源结构和共线性分析。结果表明,无油樟与葡萄基因组之间的同源共线性片段最长,葡萄基因组保留的共线性基因数最多(50.9%),无油樟与葡萄、水稻基因组之间保留的无油樟基因数最多(30.6%)。同时构建了多物种基因组联合比对图谱,明确基因组经历的多倍化事件对单、双子叶植物同源共线性基因的影响,为探讨单、双子叶植物的共同祖先以及被子植物的进化过程提供了重要的参考依据。     

蝶形花科植物叶绿体基因组研究进展

被子植物叶绿体基因组比较保守,但豆科植物中蝶形花科叶绿体基因组却表现出高度分化的特征.通过综述蝶形花科叶绿体基因组在进化过程中多个基因/内含子丢失、倒置的发生对基因排列顺序变化的影响,不同物种间或同一物种中不同基因间进化速率的差异等特征,推测重复序列的存在可能是其出现高度分化的一个重要原因.目前已测序的蝶形花科植物叶绿体基因组的数量有限,叶绿体基因组高度分化的内部机制尚不完全清楚.随着越来越多的蝶形花科植物叶绿体基因组测序的完成,可以深入探讨叶绿体基因丢失的机制及影响;通过开发高变的叶绿体基因标记,可对蝶形花科进行近缘物种的系统学研究.     

多倍体在植物进化中的意义

几乎所有的开花作物都为多倍体植物,其基因组至少经历1次以上的全基因组加倍事件.随着测序技术的不断革新,人们对作物的基因组以及基因组的演化历史有了全新认识.分析了全基因组加倍在物种进化中的意义:多倍化改变基因组结构,丰富物种的遗传多样性,改变重复基因表达模式,增强物种的适应性,并展望多倍化在作物遗传育种中的应用.     

赖草属林下组植物GBSSI基因序列的系统发育与分子进化

【目的】探讨赖草属林下组植物的种间系统关系与GBSSI基因的分子进化式样。【方法】对赖草属林下组3个类群的GBSSI基因序列进行多克隆测序,并将其与来自小麦族8个代表Ns,St,P,F,Ee和Eb基因组的二倍体植物的GBSSI序列进行序列与系统比较分析。【结果】基因序列多态性与系统发育分析表明:①L.duthiei和L.duthiei var.longearistatus亲缘关系密切;②不同Ns基因组供体参与多倍化物种形成可能导致L.komarovii与L.duthiei和L.duthiei var.longearistatus发生遗传分化;③赖草属林下组植物的GBSSI基因序列在Ns基因组拷贝上的多态性水平低于新麦草属植物Ns基因组序列多态性。【结论】支持L.duthiei和L.duthiei var.longearistatus互为种与变种的分类等级。复制基因GBSSI在多倍体中多态性水平不平等。     

植物NRT2家族的分子进化

为了研究硝酸盐转运子NRT2家族在植物中的进化关系,综合利用共线性信息和序列相似性信息,从8种已经进行过全基因组测序的物种(大白菜、大豆、杨树、葡萄、玉米、水稻、高粱、二穗短柄草)中,搜索拟南芥NRT2的同源基因。通过分析发现,这些基因序列基本都具有MFS超家族的NNP家族基因的典型特征。但单、双子叶植物之间,NRT2的基因结构存在着较大的差异。系统发育重建结果表明,NRT2基因家族的成员主要是在单、双子叶植物分歧后进化产生的;同时,不同植物的NRT2基因又具有不同的进化模式。大白菜NRT2家族经历了基因组三倍化事件及基因片段丢失。因此,拟南芥和大白菜的NRT2家族有较为密切的进化关系,进化分析为利用已有的拟南芥NRT2研究结果进一步在大白菜中开展NRT2的功能研究提供了参考线索。     

丹东蒲公英和斑叶蒲公英染色体变异初探

通过根尖染色法并结合流式细胞仪技术对丹东蒲公英(Taraxacum antungense)和斑叶蒲公英(Taraxacum variegatum)根尖和茎尖染色体进行观察,以确定丹东蒲公英和斑叶蒲公蒲染色体变异程度。结果发现,丹东蒲公英和斑叶蒲公英根和叶幼嫩组织中普遍存在多倍性、非整倍性以及混倍性现象,表明具有无融无生殖的蒲公英基因组存在不稳定特性,并且在分生组织中有不同表达。据此推测多倍体蒲公英是由杂交以及多倍化造成,基因组不稳定,表明这一过程新近发生,各种基因组处于进一步选择、融合的过程中。不同生态条件下不同细胞类型可能具有不同表达,以提高植物生态适应性。     

棉属多倍化研究进展

多倍化在许多植物的物种形成及其随后的进化过程中发挥了关键作用。棉花是一个大属,一些棉种的起源发生过多倍体化,部分二倍体种是染色体二倍化的多倍体,比克氏棉最典型,拟似棉最复杂,还有D基因组的旱地棉和B基因组的3个种。陆地棉等5个异源四倍体种是多倍体化典型,是由A与D基因组近似的祖先种经过杂交和染色体加倍的双二倍体。它们的D亚组供体亲本种,前人认同的是雷蒙德氏棉,然而近期荧光原位杂交和叶绿体基因组学研究,提出了雷蒙德氏棉可能不是陆地棉亲本种的观点。四倍体棉种形成的多倍体化过程有多种推论,较为共识的时期是中更新世,结合近期包括叶绿体在内的基因组学的研究支持中更新世或更后些时候。荧光原位杂交、包括叶绿体在内的基因组学将为棉花多倍化分析提供更多的证据。     

多倍体植物基因组结构和基因表达的变化研究进展

杂交和多倍化是促进植物进化的重要力量。大量研究表明,植物多倍化后基因组结构和基因表达模式发生了复杂的变化,包括染色体重排、序列消除、基因沉默、基因激活等现象。鉴于此,综述了植物多倍化后基因组结构和基因表达模式变化的研究进展,以期为了解植物进化的机制提供参考。     

植物多倍体的形成及其二倍化机制

大约70%的开花植物在进化史上都经历过多倍化的过程,多倍体植物通常具有较强的可塑性,容易形成新物种。而新形成的多倍体往往不能稳定存在,其基因组需要再经历一次二倍化的过程,从而在基因水平上和细胞学水平上更接近二倍体。对多倍体二倍化的机制和相关研究的未来发展情况进行了探讨。     

中国农业大学在根瘤菌共生机制进化假说上取得突破性研究成果

中国农业大学陈文新院士课题组的田长富博士等在PNAS(《美国科学院院刊》)发表研究文章,修正了国际上有关根瘤菌共生机制进化的假说。在陈文新院士课题组前期研究的基础上,田长富等从1000余株大豆根瘤菌中选取了26株Sinorhizobium和Bradyrhizobiumn两属代表菌株进行比较基因组学分析。研究发现,两属根瘤菌各自特有功能基因与其生物地理分布特征相符;已知功能基因在各基因组中的有无特征可以反映根瘤菌的物种系统发育关系,而根瘤菌的泛基因组相关信息则不能正确反映此种关系;遗传重组和水平基因转移在核心基因组的进化历史中发挥了主导作     

我科学家摸清植物杀手薇甘菊“行凶”机制

正《自然·通讯(Nature Communication)》于1月17日在线发表中国农业科学院深圳农业基因组研究所万方浩、钱万强和樊伟团队关于重要入侵植物薇甘菊(Mikania micranth)的研究成果,多角度揭示了薇甘菊在全球入侵过程中的环境适应性进化和快速生长的分子机制,为有效防治和管控薇甘菊进一步入侵提供了理论依据。     

基因组时代的植物系统发育研究进展

系统发育研究是进化生物中的基本问题,也是其他众多生物学分支学科的基础问题,其核心在于研究不同生物类群间的亲缘关系与进化命运。利用分子数据研究生物之间的进化关系是系统发育研究的重要手段。随着测序技术的提升和测序成本的持续下降,系统发育研究由早期基于单基因或联合少数片段逐步发展到现阶段利用大规模基因组数据对个体、群体、物种以及更高水平的进化关系进行探讨。讨论了目前植物体内的3套基因组(叶绿体基因组、线粒体基因组与核基因组)在系统发育研究中的代表性成果,总结了植物不同基因组的特征及其在系统发育研究中的优势与局限,探讨了系统发育树构建的主要方法,并对未来研究进行了展望。目前,植物体内的3套基因组适用于不同阶元和类群的系统发育研究,不同基因组之间的遗传特性差异使其在系统发育研究中具备不同的优势和应用：(1)叶绿体基因组结构相对简单,序列保守,不易重组,单亲遗传,是广泛应用于系统发育学和进化生物学等研究领域的理想分子数据资源;(2)植物线粒体基因组序列进化速率较慢,目前仅适用于早期植物和大尺度水平的系统发育研究;(3)核基因组为双亲遗传,可综合揭示双亲谱系及系统网状进化关系,在系统发育研究中具有巨...     

芸薹属植物基因组三维结构与进化机制有关

正中国农业科学院油料作物研究所种质资源团队在芸薹属基因组进化方向取得重要研究进展,成功绘制白菜与甘蓝的三维基因组图谱,发现基因组三维结构与其同源基因保留机制存在密切联系,为芸薹属物种的功能基因组研究与分子育种提供了重要理论指导。相关研究成果在线发表于《自然—植物》(Nature Plants)。     

BraSDG2 RNA干扰载体的构建和拟南芥的遗传转化

多倍化是植物进化过程中的自然现象,也是植物进化的重要源泉。在前期的研究中,通过生物信息学分析发现二倍体的白菜型油菜中存在两个拟南芥SDG2的同源基因BraSDG2a(Bra037086)和BraSDG2b(Bra039562)。经序列比对,选取258 bp的保守序列构建RNA干扰载体pFGC5941-BraSDG2-RNAi。通过浸花法转化野生型拟南芥(Col-0),经抗性筛选及PCR检测,获得1株表型稳定的转基因植株。通过对T4代转基因拟南芥(纯合体)的表型观察发现,BraSDG2 RNA干扰转基因植株具有拟南芥sdg2突变体相似的生物学表型,植株弱小、种子稀少。本试验为进一步研究Bra SDG2的生物学功能奠定基础。     

利用45S rDNA探针对宽叶野生稻和高秆野生稻基因组的FISH分析

利用45S rDNA作为探针,通过荧光原位杂交(FISH)技术对同样含有CCDD基因组的高秆野生稻(Oryza alta)和宽叶野生稻(O.latifolia)进行rDNA的荧光原位杂交定位分析和核型分析。结果显示:宽叶野生稻中45S rDNA信号分布于多条染色体上,位点数目为10~16;高秆野生稻中有6个信号点,分布于3对同源染色体上,其中2对信号位点位于染色体短臂,1对位于染色体长臂。研究结果表明,高秆野生稻45S rDNA在基因组中位点数目稳定,宽叶野生稻中45S rDNA位点数在不同个体中呈现一定的动态变化,显示这2种野生稻基因组存在一定差异;核型分析结果也表明二者基因组存在较大的差异。由此推测,高秆野生稻分化较早而趋向稳定,宽叶野生稻可能形成较晚,还处于进化过程之中。鉴于二者在基因组结构上的明显差异和进化上的不平衡性,建议把这2种野生稻划分为不同野生稻种,可能会更加符合二者的进化特性。同时,讨论了45S rDNA在染色体中分布特点与机制。