植物基因组重大突破:世界首个红豆杉参考基因组发布

2021-05-03 22:04:59 来源: 科技日报 作者: 瞿剑

科技日报记者 瞿剑

据中国农业科学院最新消息,该院农业基因组研究所和湖南农业大学等机构,通过对南方红豆杉(Taxuschinensis var. mairei)全基因组测序,首次组装成功了染色体级别的高质量参考基因组,揭示了抗癌药物紫杉醇生物合成的遗传基础。相关研究论文最新在线发表于预印平台bioRxiv。

中国农科院基因组所研究员闫建斌介绍,紫杉醇被广泛应用于多种癌症的临床治疗,其生产原料主要来源于植物中的“大熊猫”——红豆杉。红豆杉是我国一级珍稀濒危保护植物,还被全世界42个有红豆杉的国家称为“国宝”。

中国农科院基因组所研究团队通过对南方红豆杉单倍型胚乳材料进行全基因组测序,成功组装了染色体级别的高质量参考基因组。南方红豆杉基因组大小为10.23 Gb,Contig N50为2.44 Mb,其中9.86 Gb的组装数据被挂载到了红豆杉基因组的12条染色体上。研究显示,该红豆杉基因组经历了一次古代的全基因复制事件,并且其基因组中的重复序列经历了长期而连续的插入过程。在漫长的进化过程中,红豆杉不仅形成了独特的Gypsy和Copia转座子家族,而且进化出独有的紫杉醇生物合成相关基因家族。

该项研究系统分析了紫杉醇合成相关基因的基因组定位和协同表达调控,绘制了多个相关基因家族的基因组位置图谱,特别揭示了细胞色素P450家族的基因组分布和调控规律。研究首次发现了紫杉醇合成基因在红豆杉9号染色体上的聚集分布现象,并在其中鉴定了首个紫杉醇生物合成基因簇,由六个基因串联组成,主要负责催化紫杉醇生物合成的前两步。

该研究是红豆杉和紫杉醇研究领域的重大突破,将深化人类对于紫杉醇生物合成途径及其遗传基础的理解,有助于解答裸子植物基因组进化领域的关键科学问题。研究所筛选鉴定的候选基因为紫杉醇合成生物学研究提供了丰富的遗传资源和靶标,将加快紫杉醇异源合成底盘的设计和开发,并有力推动我国紫杉醇生物合成与调控研究及其进一步产业化。

研究得到了国家重点研发计划、中国农业基本科研业务专项、中国农科院青年英才计划和中国农科院创新工程、湖南省教育厅科学研究基金、湖南农业大学“双一流”建设等项目资助。

(图片由中国农科院提供)

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责任编辑:范琪
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