朱晨橋18/4/23 最新的植物基因組學通訊

1.榴槤基因組（NG）

背景：

錦葵目第三屬被測序的植物（前兩個是可可和棉花），山芝麻亞科第一個被測序的種，2n=56，測序材料「Musang King」貓山王；擬解決的科學問題：榴槤基因組進化，榴槤成熟調控，榴槤硫化物合成與風味物質及其與果實成熟的關係。

結果：

1.組裝了715/738mb基因組，注釋到了607個榴槤特有的基因家族，包括1,764個榴槤特有基因。

2.利用單拷貝同源基因構建系統發育樹，顯示榴槤應該先和可可在距今85-62百萬年前分化，再和棉花在77-60百萬年前分化。KS（同意替換率）分析顯示，榴槤和棉花應該是共同經歷了一次加倍化然後才分化的，分化後榴槤可能又經歷了一次多倍化。

3.對比轉錄組揭示榴槤硫化物代謝和成熟相關基因：榴槤假種皮比莖稈，葉片和根，顯示，基因富集分析顯示，在榴槤假種皮中，成熟相關MADS-BOX轉錄因子家族，SEPALLATA轉錄因子家族和ACS基因家族上調；榴槤和其他呼吸躍變型水果相比，發現榴槤的香味相關基因有所下調錶達，硫化物代謝途徑上調錶達；貓山王與金枕頭和巴掌榴槤相比，乙烯響應途徑和類黃酮途徑上調錶達，與貓山王獨特的風味和口感相互印證。

4.硫化物（降解）和風味（臭）相關基因挖掘發現，MGL基因（降解甲硫氨酸和半胱氨酸產生甲基硫醇類物質）在榴槤里有4個拷貝，在可可里有1個拷貝，在棉花里有2個拷貝。同時序列同源性發現，榴槤中的MGLb1和MGLb2這兩個基因與可可和棉花中的MGL基因關係較遠，因此可能和榴槤特殊的氣味密切相關。

5.（硫化物降解）揮發性硫化物物與成熟相關調控，通過物質測定和轉錄組相關分析發現，乙烯及成熟相關基因和揮發性硫化物及MGL基因具有協同表達的模式。結合前人報道的乙烯生物合成循環Yang-cycle（與蛋氨酸密切聯繫），暗示一系列硫化物在乙烯循環中扮演「硫庫」和乙烯前體的作用，從而促進了Yang-cycle的循環，協同了乙烯調控成熟的過程，具體基質還需進一步研究。

2.杜仲基因組（MP）

背景：

杜仲，菊亞綱植物，分類上有爭議，一般認為是一個單科單種的孑余植物。杜仲可以用於生產杜仲膠（TPI：反式甲基丁二烯），是一種工業材料，用於製造絕緣電纜，醫療器材，體育用品等，與橡膠製品（CPI：順式甲基丁二烯）性質類似。但杜仲與橡膠樹不同，具有非常廣泛的生態適應性，中國有27個省可以栽培，有望成為橡膠的一種工業替代品。

結果：

1：組裝了1.1GB大小的基因組，contig-N50=1.18mb，29個super-scaffold。保守基因，基因組共線性與擴張分析表明杜仲基因組未經歷近期的基因組加倍事件，而其起源事件可能早於129mya，系統發生分析其種系地位應為唇形科和桔梗科的姐妹科。

2：利用RNA-SEQ數據挖掘到了一批和抗逆性相關的基因，副證了其廣泛的生態適應性。

3：利用杜仲與橡膠的轉錄組與代謝組差異分析表明，杜仲中IPP是主要通過MVA途徑合成，而與橡膠樹中MEP途徑不同。同時從IPP向TPI的合成積累並不依靠REF/SRPP基因（MPI合成的主要調控基因）調控，而是FPS基因主要起作用，並且這一代謝通路差異，是決定杜仲與橡膠樹分別合成積累TPI與MPI的關鍵差異。對杜仲與橡膠樹FPS基因家族和SRRP基因家族的聚類分析也證明了這一點：杜仲中的FPS屬於FPSII型，橡膠樹中的屬於FPSI型，兩者序列有明顯差別。同時兩個物種SRPP家族聚類分析表明，杜仲SRPP與橡膠樹SRPP序列相似度非常高，同時參考RNA-SEQ數據和化學合成證據推論，杜仲TPI的合成可能也部分受SRPP基因的調控。

3.茶樹基因組:（MP）

背景：

測序材料，雲抗10號，2n=30；

結果：

1.組裝了3.0Gb大小基因組，contig-N50= 20.0 kb，茶樹基因組具有很高含量的重複序列約為80.9%。

2.在基因組中有67.21%是LTR的反轉錄轉座子（重複序列），而這些LTR中有55.09%是Ty1/copia and Ty3/gypsy這兩種。對這兩種反轉錄轉座子家族的聚類分析表明他們在近50mya經歷了一個急速的擴張，可能因此造成了茶樹基因組的增大。

3.以獼猴桃，番茄，咖啡，可可，擬南芥，楊樹和葡萄作為參照，做了同源基因分析，初步發現，茶樹基因組進化過程中經歷了基因家族的擴張（加倍），其中抗逆基因家族的多次複製，可能是茶樹悠久的栽培歷史和很長的生命周期造成的選擇壓迫使的。同源基因的同意替換率Ks分析顯示，茶樹基因組進化只經歷了兩輪加倍化過程，β加倍發生在茶樹和獼猴桃分化前。

4.利用油用茶樹，花用茶樹，茶用茶樹和野生茶樹共計25份資源，對他們的茶氨酸類物質，咖啡因類物質和類黃酮類物質進行了HPLC檢測，發現茶用栽培和其他的主要差異在於咖啡因類物質。利用葉片轉錄組和上述三種代謝物量的相關性分析揭示了，茶用與非茶用種之間，類黃酮、茶氨酸和咖啡因合成相關基因的表達與相應物質積累的模式相似（結果並不理想）。

5.對茶樹基因組中的咖啡因代謝途徑關鍵基因NMT進行了分析，發現了茶樹中NMT家族有13個，比可可和咖啡少。同時，比較可可和咖啡的NMT家族，系統發生分析顯示，茶樹的咖啡因代謝途徑，更有可能是獨立進化來的。

4.三七基因組（MP letter）

背景：

五加科，參屬，2n =24，傳統中藥，活性成分：三七皂苷。

結果：

組裝了1.85 Gb的基因組，覆蓋度92.4%，Contig-N50 = 13.2 kb；注釋了1002個三七特有的基因家族，包括3712個特有基因；系統發育分析顯示，三七和胡蘿蔔約分化於71.4百萬年前；同源替換率分析顯示，三七基因組經歷過一次加倍事件，約發生於26.15百萬年前，介於獼猴桃α和β加倍之間；檢測了不同年齡不同組織間的原參二醇和原參三醇含量，及轉錄組，篩選到一系列和參皂苷RD，參皂苷RG1積累合成的相關基因，證明了這兩種功能物質主要在在葉片和花中合成，在根中積累和儲存。

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