【48812】扬州大学水生蔬菜团队李良俊教授课题组提醒芡实基因组古多倍化演化及其对水生环境的习惯性进化机制

时间: 2024-06-12 10:59:52 |   作者: 蔬菜研究所

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  扬州大学水生蔬菜团队李良俊教授课题组提醒芡实基因组古多倍化演化及其对水生环境的习惯性进化机制

  中心提示：近来，扬州大学园艺与植物保护学院水生蔬菜团队和我国农业科学院蔬菜花卉研讨所生物信息团队协作在世界闻名期刊The Plant Journal宣布了研讨论文。该研讨完结了睡莲科植物芡实的基因组剖析，解析了其古三倍化的“两步法”演化前史；进一步剖析比较了芡实叶片发育的细胞学结构和转录组特征，提醒了芡实巨大叶片快速扩张占有水面空间的习惯性进化机制。

  近来，扬州大学园艺与植物保护学院水生蔬菜团队和我国农业科学院蔬菜花卉研讨所生物信息团队协作在世界闻名期刊The Plant Journal宣布了题为 The adaptive evolution of Euryale ferox to the aquatic enviro

  nment through paleo-hexaploidization的研讨论文。该研讨完结了睡莲科植物芡实的基因组剖析，解析了其古三倍化的“两步法”演化前史；进一步剖析比较了芡实叶片发育的细胞学结构和转录组特征，提醒了芡实巨大叶片快速扩张占有水面空间的习惯性进化机制。

  习惯性进化构成了不同生境下的生物多样性。水生植物习惯水环境，进化出多种不同的特别形状的叶片。芡实（Euryale ferox）是一年生大型水生草本植物，归于被子植物基部睡莲科芡实属。芡实又叫鸡头米，鸡嘴莲，原产东亚，散布于我国南北各地的湖泊和池塘。芡实种仁芡米中富有丰厚的类黄酮、蛋白质以及多种维生素，具有去湿益肾，降血糖，调理血脂等效果，是我国的一种重要的特征保健蔬菜，也是我国许多中药的重要质料。芡实植株可在短时间内生长出直径达2米的巨大浮水叶片，敏捷占有大面积的水面。芡实叶片快速扩张是其对水环境的习惯性进化而构成的杂乱性状。

  该研讨完结了芡实基因组的高质量拼装，具体解析了芡实属植物特有的全基因组三倍化演化进程。首要推导了芡实属植物基因组三倍化前的二倍体先人，该先人具有12条染色体；与近缘物种睡莲和王莲的分解联系剖析，重建了芡实的三套亚基因组（Sub1，Sub2，Sub3）；并发现芡实古三倍化后没构成亚基因组优势现象。比较亚基因组的碱基骤变速率和大片段丢掉数量，提醒了芡实古三倍化的“两步法”演化形式，即榜首步Sub2与Sub3先兼并和演化，第二步Sub1参加和二倍化重排，终究构成了古异源六倍体的芡实基因组。研讨还发现王莲和芡实的Sub2具有更近的进化联系，估测王莲和Sub2的分解略早于Sub2和Sub3的兼并演化。该研讨提醒了基因组古三倍化在水生植物习惯性进化和杂乱性状构成中的及其重要的效果；研讨结果将促进睡莲科植物的进化生物学研讨和芡实重要农艺性状的进一步解析。

  该研讨进一步系统比较了芡实前期叶片和成年叶片发育进程的形状及细胞学特征，发现成年叶片快速扩张的根底是其在出水前已完结很多细胞增殖，构成了加厚舒展、呈球状紧抱的叶片；球叶细胞在出水后敏捷扩展，快速打开构成平铺水面的巨大叶片。基因的进化剖析发现细胞割裂和扩张相关的GRF基因宗族在古三倍化后彻底保存，且在水下球形叶中高度表达，在调控芡实水下球形叶细胞快速割裂中发挥及其重要的效果；芡真实水下完结球叶的发育需求耗费很多能量，叶片“源库转化”是支撑芡实叶片特别发育形式的要害之处。研讨之后发现了能量转运相关的SWEET基因宗族发生了明显扩增和功用分解，构成了两类首要基因，是调控芡实光合产物转运的要害基因。其间SWEET宗族基因在叶片出水后高表达担任能量在“源”中的装载运送，另一类在水下球形叶高表达担任能量在“库”中的卸载使用。

  我院水生蔬菜团队青年教师吴鹏、我国农业科学院蔬菜花卉研讨所博士生张令奎和张亢博士、苏州市农业科学院尹渝来高档农艺师为该论文的一起榜首作者；我院水生蔬菜团队李良俊教授、我国农业科学院蔬菜花卉研讨所程锋研讨员、扬州大学陈学好教授为一起通讯作者。扬州大学为榜首完结单位。研讨获得了国家自然科学基金青年基金、国家特征蔬菜工业系统、我国农业科学院科学技术立异工程、我国博士后特别赞助、国家重点研制方案等项目的赞助。

  我院水生蔬菜团队长时间从事水生蔬菜生长发育及重要性状分子生物学研讨，首要致力于解析水生蔬菜产品器官发育、质量构成、重要功用物质代谢的分子机理研讨，以及水生蔬菜种质资源点评和立异使用等研讨。

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