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科研动态|桐花树基因组结构及其进化和适应潮间带的研究
发布时间:2022年06月16日 点击数:

最近,我院郑海雷教授课题组在国际知名期刊Molecular Ecology Resources上在线发表了题为Chromosome-level assembly of the mangrove plant Aegiceras corniculatum genome generated through Illumina, PacBio and Hi-C sequencing technologies的研究论文,利用第三代单分子测序技术拟合Hi-C测序技术和第二代短读长测序技术,首次获得了高质量染色体级别的桐花树基因组。

研究背景

红树林定居并适应潮间带生境,进化出一系列适应性特征,包括耐盐、胎生、高单宁含量和气生根等。因此,它们是研究适应潮间带环境最理想的模型系统。但由于缺乏高质量的参考基因组,限制了桐花树生境适应性分子机制的系统研究。本研究旨在构建桐花树高质量的基因组遗传图谱,为进一步揭示红树植物进化及适应潮间带的机制创造条件,也为其它红树植物基因组的研究提供参考。


研究结果

利用第三代单分子测序技术拟合Hi-C测序技术和第二代短读长测序技术,首次获得了高质量染色体级别的桐花树基因组,这也是紫金牛科第一个参考基因组。基因组大小为906.63 Mb,平均GC含量41.77%,是目前已发表红树植物基因组最大的物种。利用Hi-C辅助技术,885.06 Mb序列可以挂载到了24条染色体上,ContigScaffoldN50分别为7.1 Mb37.74 MbBUSCO完整性评估结果为95.6%,表明基因组组装完整度高。结合同源预测、从头预测和转录组数据预测,注释了40,727个蛋白编码基因。另外还注释得到了603.93 Mb的重复序列,1,735个转录因子以及2,506个非编码RNA。基因组进化分析表明,桐花树在进化过程中经历了两次全基因组加倍事件。比较基因组分析显示,为适应潮间带复杂的生态环境,光合作用、氧化磷酸化、苯丙氨酸代谢等相关的1,488个基因家族发生了扩张。对AcNHXs基因家族进行系统分析,结果表明,桐花树基因组中存在8NHX基因家族成员,基于系统进化分析被分为3类,部分AcNHXs基因的表达具有显著的组织特异性,与拟南芥AtSOS1基因进化关系相近的AcNHX8可能参与Na+的运输。同时,本研究还发现类黄酮合成途径中的关键基因发生了多拷贝现象,解释了这些特征和桐花树潮间带适应性之间的关系。

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1. 桐花树基因组特征分布图谱

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2. 桐花树和其它代表种植物之间的系统发育树

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3. 桐花树中的红色树皮特征和类黄酮合成通路分析


研究团队

论文第一作者为我院在读博士研究生马东娜,在读博士生郭泽军、魏明月、张露丹、李静,已出站博士后沈志君、已毕业博士生高长颢、李欢,已毕业硕士生丁千素、赵至竹、张珊和环境与生态学院朱学艺副教授也参与了该研究,论文通讯作者为郑海雷教授。该研究得到了科技部重点研发项目和国家自然科学基金的资助。


论文来源:Dongna Ma, Zejun Guo, Qiansu Ding, Zhizhu Zhao, Zhijun Shen, Mingyue Wei, Changhao Gao, Ludan Zhang, Huan Li, Shan Zhang, Xueyi Zhu, Hai-Lei Zheng*, Chromosome-level assembly of the mangrove plant Aegiceras corniculatum genome generated through Illumina, PacBio and Hi-C sequencing technologies, Molecular Ecology Resources, 2021, 21(5):1593-1607.



论文连接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/1755-0998.13347


文、图 | 马东娜、郑海雷


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