我校在Nature Communications上發表研究論文揭示(辣椒)三維染色質結構與基因組功能及進化的關係

審核發布:宣傳部 曾子焉 來源單位及審核人:園藝學院 劉少群 發布時間:2022-06-17瀏覽次數:10

  辣椒是世界上種植最廣泛的蔬菜之一,也是重要的調味料作物。我國辣椒生產和消費量居全球之首,種植麵積超過3000萬畝,產量4000多萬噸,辣椒及其相關製品年產值近900億,是我國創收最大的蔬菜作物。辣椒的種質資源豐富,性狀遺傳多樣,常規栽培種有5個,已報道的辣椒屬野生種有30個以上。其基因組龐大(超過3G),結構複雜,開展辣椒基因組學研究有利於其種質資源利用以及分子設計育種。

  6月16日,我校園藝學院在著名學術期刊《Nature Communications》(5年影響因子15.8,中科院一區,TOP期刊)上發表題為“The 3D architecture of the pepper genome and its relationship to function and evolution” 的研究論文(論文鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31112-x)。該論文以我校辣椒課題組培育的優良辣椒自交係59號為材料,首次報道了辣椒高質量染色體級別的三代拚接參考基因組,並通過整合高分辨率Hi-C圖譜與表觀組、轉錄組以及遺傳變異數據,探索了其三維基因組結構的基本特征以及與基因組功能和進化的關係。辣椒基因組雖然具有與哺乳動物類似拓撲結合域(Topologically associating domains,TADs),但其形成方式與功能並不完全一樣。它們的邊界是染色體重排的熱點區,該區域的序列高度保守,說明它們的結構完整性對基因組功能有益。我們也證實了雖然染色質構象能夠廣泛預測轉錄上的量化差異,但其並不能直接解釋組織間基因差異表達。綜上所述,辣椒染色質三維結構主要由轉錄工廠模型介導的異染色質折疊驅動,並且這種結構是有潛在功能性,可能普遍適應於其他大型植物基因組。 

  目前園藝學院辣椒課題組已經收集和創製了1500餘份辣椒種質資源,本論文獲得的高質量三代基因組組裝和三維基因組結構解析,為辣椒重要農藝性狀(辣椒素等)和雜種優勢形成機理的研究以及分子設計育種提供了重要的理論和數據支撐,對後續植物三維基因組的計算建模以及基因工程技術的發展也具有重要的參考價值。

  我校園藝學院為本論文第一完成單位(農業農村部華南地區園藝作物生物學與種質創製重點實驗室),園藝學院陳日遠教授課題組已畢業研究生廖毅(博士,現美國加州大學爾灣分校崗位項目科學家)和園藝學院在讀碩士研究生王鈞濤(已經被我校農學院錄取為博士研究生)為論文共同第一作者, 園藝學院陳長明副教授、曹必好教授和加州大學爾灣分校J. J. Emerson副教授為該論文共同通訊作者。園藝學院雷建軍教授和朱張生副教授對論文相關實驗和材料給予了指導和支持。本研究也得到了國際知名植物基因組進化遺傳學家加州大學爾灣分校Brandon S. Gaut教授、中國科學院動物研究所陳金鋒研究員、中國農業科學院深圳基因組所周永鋒研究員、瑞士洛桑大學計算機學院劉遠龍博士、加州大學伯克利分校汪鴻儒博士、約翰斯·霍普金斯大學歐樹俊博士和湖南農業大學劉峰研究員的學術支持。

  該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃和廣東省自然科學基金等項目的資助。(文圖/園藝學院 陳長明)


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