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植物所科研人員等合作在酸漿屬果實進化發育基因組變異機制上取得新進展

  茄科酸漿屬(Physalis)宿存花萼在受精后隨漿果發育迅速膨大,形成“中國燈籠”或膨大花萼綜合征(ICS)這一創新形態,包裹漿果。然而,酸漿屬果實形態、生化特性及其起源背后的遺傳基礎還不夠清楚。 

  中科院植物所賀超英研究組等合作完成了毛酸漿(Physalis pubescens syn. P. floridana)基因組的組裝,解析了第一個酸漿屬物種染色體水平的參考基因組,其大小~1.40 Gb,contig N50~4.87 Mb,預測蛋白編碼基因32,075個,重復序列~82.24%,雜合度~0.19%。分析發現,SEP類MADS-box基因MBP21亞分支的丟失可能是導致“中國燈籠”起源的一個關鍵突變,它與前期研究發現的MADS-box基因MPF2的異位表達突變共同促使酸漿族植物中ICS的起源。結合現有功能證據他們提出了“中國燈籠”這一形態創新起源的原創性模型,即“雄性育性遺傳腐蝕-恢復”模型。這一模型闡述了進化過程中新性狀產生的一種新機制,即一個突變補償了另一個有害突變的結果。研究還發現角鯊烯環氧化酶(squalene epoxidase,SQE)基因家族的顯著擴張可能與酸漿屬果實中特異性甾體類化合物的產生與多樣化有關。以上研究結果揭示了招募已有基因、基因復制和丟失等遺傳變異在果實性狀進化中的重要性,為茄科作物的進化遺傳學和育種提供了有價值的基因組資源。 

  該研究成果于2021年11月18日發表于國際學術期刊Horticulture Research。中科院植物所博士后盧江杰,已畢業碩士研究生羅媚方、副研究員王麗和在讀博士研究生李鹍鵬為共同第一作者,植物所賀超英研究員、杭州師范大學王慧中教授和植物所焦遠年研究員為共同通訊作者。安諾優達楊偉飛等參與了該工作。該研究得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項等項目的資助。 

  論文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41438-021-00705-w 

  (進化實驗室供稿)

毛酸漿基因組組裝和“中國燈籠”起源的模型 

(A)毛酸漿植株;(B)花芽;(C)花;(D)果實;(E)部分“中國燈籠”被去除,顯示漿果;(F)基因組組裝情況;(G)“中國燈籠”起源的“雄性育性遺傳腐蝕-恢復”模型。

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