二倍體燕麥基因組特征分析

近日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心、中國科學(xué)院—英國約翰英納斯中心植物和微生物科學(xué)聯(lián)合研究中心韓斌院士團隊與英國約翰英納斯中心研究團隊合作完成了禾本科、燕麥屬一年生草本植物二倍體燕麥Avena strigosa基因組序列草圖的繪制，并完整地解析了抗微生物防御化合物燕麥素的生物合成基因簇。5月7日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然—通訊》。

真核生物中非隨機組織的基因在基因組進化和功能中起著重要作用。絕大多數(shù)真核生物基因組中并沒有操縱子，但它們又的確包含了一些序列不相關(guān)而功能相關(guān)并且在物理位置上成簇存在的基因。這些“類操縱子”基因簇中，最引人注目的例子就是植物體內(nèi)合成特殊代謝產(chǎn)物的基因簇。已有證據(jù)表明，這些cluster途徑并不是通過微生物水平基因轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生，但目前人們對其真實的形成機制卻知之甚少。燕麥素是燕麥屬中特異存在的一類抗微生物防御化合物，其生物合成途徑也是最典型的植物生物合成基因簇之一。

韓斌團隊選用了能在根尖特異合成燕麥素的二倍體燕麥物種Avena strigosa，運用三代測序技術(shù)Nanopore并輔助光學(xué)圖譜技術(shù)BioNano DLS，以及Hi-C染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)成功完成了該燕麥基因組高質(zhì)量染色體級別組裝，組裝基因組3.53Gb，scaffold N50高達73.4 Mb。燕麥基因組中重復(fù)序列大約占基因組的81.1%，結(jié)合從頭預(yù)測、同源蛋白信息以及轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)共注釋了34928 個高可信度基因。

這項研究基于組裝獲得的全基因組信息完整的解析了燕麥素合成基因cluster，確定了燕麥素合成通路的最后兩個缺失步驟，并通過本氏煙草瞬時表達重構(gòu)了整個合成途徑。同時，研究人員還對基因簇的起源及不同燕麥品種間的差異進行了比較分析?；蚪M組裝和DNA 熒光原位雜交（FISH）結(jié)果均表明，燕麥素合成基因cluster位于1號染色體長臂末端的亞端粒區(qū)域，并且該基因簇特異存在于燕麥屬中。

專家表示，該研究工作為真核生物的基因組可塑性和適應(yīng)性進化提供了新的見解，為改良小麥和其他谷物抵抗全蝕病和其他疾病提供了分子依據(jù)。

相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-021-22920-8

來源：中國科學(xué)報