棉花生物学国家重点实验室

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实验室率先揭示棉花着丝粒进化与抗逆性状分化机制

作者:棉花生物学国家重点实验室办公室 日期:2021/6/7 10:28:53 访问量:

  近日,实验室棉花分子遗传改良创新团队开展了棉花着丝粒的进化研究,开发出鉴定着丝粒的新方法,阐明了棉花着丝粒的快速进化机制,揭示了姊妹种抗逆性状分化的分子机制,为棉花的进化和抗逆遗传改良提供了资源。相关研究成果以“Cotton D genome assemblies built with long-read data unveil mechanisms of centromere evolution and stress tolerance divergence”发表在生物学2区Top期刊《BMC Biology》上(IF=6.765)。
  着丝粒是连接一对姐妹染色单体的特化DNA序列,它能够保证染色体在分裂的细胞中精确传递。着丝粒由高度复杂的重复序列构成,在基于短读长组装的基因组中序列质量不高,严重限制了人们对着丝粒功能和进化的认识。该研究基于纳米孔的单分子实时电信号测序技术(ONT)长读长序列,组装获得了瑟伯氏棉(G.thurberi)和戴维逊棉(G.davidsonii)高质量的参考基因组序列。利用Hi-C热图开发出鉴定着丝粒的新方法,成功鉴定棉花的着丝粒序列。通过共线性分析发现,着丝粒邻近区在不同棉种的同源染色体间保持良好的线性关系,而着丝粒区未见明显的共线性,说明着丝粒进化速度更快。进一步研究分析发现,种间同源染色体的着丝粒序列高度分化,所包含的转座子活性显著高于非着丝粒区的,阐明了着丝粒的快速进化机制。此外,研究还揭示了棉属姊妹种间的抗逆型分化的潜在分子机制,发现水杨酸(SA)信号通路在瑟伯氏棉与雷蒙德氏棉抗病分化中具有重要作用。脱落酸(ABA)信号通路、乙烯合成通路基因的差异表达可能导致了戴维逊棉与雷蒙德氏棉的耐盐能力分化。该研究结果为植物的着丝粒进化研究提供了参考,为棉花的抗逆遗传改良提供了新种质。
  中棉所杨召恩研究员和葛晓阳副研究员为论文的共同第一作者,李付广研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然基金创新研究群体项目(31621005)和重大项目(2018ZX0800921B)的资助。
  原文链接:https://doi.org/10.1186/s12915-021-01041-0