近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所棉花分子遺傳改良創(chuàng)新團隊開展了棉花著絲粒的進化研究,開發(fā)出鑒定著絲粒的新方法,闡明了棉花著絲粒的快速進化機制,揭示了姊妹種抗逆性狀分化的分子機制。該研究為植物的著絲粒進化研究提供了參考,為棉花的進化和抗逆遺傳改良提供了資源。相關(guān)研究成果發(fā)表在《BMC生物學(xué)(BMC Biology)》上。
據(jù)團隊首席李付廣研究員介紹,著絲粒是連接一對姐妹染色單體的特化DNA序列,它能夠保證染色體在分裂的細胞中精確傳遞。著絲粒由高度復(fù)雜的重復(fù)序列構(gòu)成,在基于短讀長組裝的基因組中序列質(zhì)量不高,嚴重限制了人們對著絲粒功能和進化的認識。該研究基于納米孔的單分子實時電信號測序技術(shù)(ONT)長讀長序列,組裝獲得了瑟伯氏棉和戴維遜棉高質(zhì)量的參考基因組序列。利用Hi-C熱圖開發(fā)出鑒定著絲粒的新方法,成功鑒定棉花的著絲粒序列。通過共線性分析發(fā)現(xiàn),著絲粒鄰近區(qū)在不同棉種的同源染色體間保持良好的線性關(guān)系,而著絲粒區(qū)未見明顯的共線性,說明著絲粒進化速度更快。進一步研究分析發(fā)現(xiàn),種間同源染色體的著絲粒序列高度分化,所包含的轉(zhuǎn)座子活性顯著高于非著絲粒區(qū)的,闡明了著絲粒的快速進化機制。此外,研究還揭示了棉屬姊妹種間的抗逆型分化的潛在分子機制,發(fā)現(xiàn)水楊酸信號通路在瑟伯氏棉與雷蒙德氏棉抗病分化中具有重要作用。脫落酸信號通路、乙烯合成通路基因的差異表達可能導(dǎo)致了戴維遜棉與雷蒙德氏棉的耐鹽能力分化。
該研究得到了國家自然基金創(chuàng)新研究群體項目和重大項目的資助。(通訊員 梁冰)
原文鏈接:https://doi.org/10.1186/s12915-021-01041-0