首个枣基因组测序重大研究成果发表于《自然•通讯》杂志

【字体: 时间:2014年10月29日 来源:华大基因

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  枣基因组测序成果的问世,标志着我国在枣基因组学研究方面达到了国际领先水平,在世界上率先完成了枣树的高质量全基因组测序,并使枣树成为世界鼠李科植物和我国干果树种中第一个完成基因组测序的物种。

  

2014年10月29日,河北农业大学及深圳华大基因科技服务有限公司(以下简称“华大科技”)科研人员在《自然•通讯》杂志上(Nature Communications)在线发表了枣基因组测序重大研究成果(The complex jujube genome provides insights into fruit tree biology)。该成果的问世,标志着我国在枣基因组学研究方面达到了国际领先水平,在世界上率先完成了枣树的高质量全基因组测序,并使枣树成为世界鼠李科植物和我国干果树种中第一个完成基因组测序的物种。

枣树基因组的杂合度达到1.9%,加之SSR重复序列极为丰富和GC含量偏低的原因,使得枣树基因组属于高度复杂的基因组类型,具有相当大的测序和组装难度。该研究在第二代测序技术基础上,综合采用BAC-to-BAC和WGS-PCR-free方法,有效克服了高度复杂的枣基因组的测序组装难题,成功开展了对我国著名枣品种‘冬枣’的全基因组从头测序, 并组装出高质量的枣基因组序列,总长达4.38亿个碱基(437.65 Mb)(达到枣估测基因组大小的98.6%),并且将其中79.55%的碱基锚定到了枣的12条假染色体(pseudo-chromosomes)上;预测出32,808个蛋白质编码基因,从中发现了大量的枣特色基因(独有基因、正向选择基因和扩张基因);特别是在第一号染色体上,发现了一段与枣树抗逆性强和果实含糖量高的独特生物学性状密切相关的高度保守区域,为揭示枣特殊生物学性状的分子机制奠定了基础。该研究还发现,枣的基因组在历史进化中经历了复杂的染色体断裂、融合及片段重组过程,但却没有发生全基因组复制事件。

维生素C(Vc)是人体必需却又不能在人体内合成的十分重要的营养素,而枣果是世界上已知Vc含量最为丰富的果品之一,甚至超过人们所熟知的富含Vc的柑橘和有“Vc王”之称的猕猴桃,但枣果大量积累Vc的内在机制一直是个谜。本研究通过比较基因组研究,结合果实发育期转录组测序和Vc代谢的深入分析,首次发现枣果同时具有柑橘和猕猴桃两种积累Vc的分子机制,即一方面L-半乳糖途径合成维生素C的途径得到大幅度加强(类似柑橘),另一方面Vc再生途径中的关键基因MDHAR家族出现极显著扩张(类似猕猴桃),这样一种高效积累Vc的机制在果树上尚未见报道。

此外,本研究还通过比较基因组、转录组测序和大量的室内外观察及实验分析,深入揭示了枣果大量积累糖分、枣树枝条的独特脱落习性(“落枝归根”而非“落叶归根”)及枣树极强的耐盐抗旱特性等优异性状形成的分子机制。

枣研究团队的负责人,河北农业大学刘孟军教授表示,该研究对加速枣树功能基因组学研究、促进枣树乃至鼠李科和其他果树的遗传改良和分子育种工作必将产生重大而深远的影响。

开展枣的基因组测序工作不仅具有重要的学术价值,还具有重大的潜在经济、社会和生态价值。枣树是我国栽培历史最为悠久、最具民族特色优势的果树之一。枣树原产我国黄河中下游地区,已有7000多年的栽培历史,现已遍及除黑龙江和西藏外的几乎所有省市,栽培面积达到3000万亩,接近苹果和柑橘两大主栽果树,年产量600万吨、在干果中居第一位,我国枣树的栽培面积和产量均占到世界的99%。枣果富含维生素C、环核苷酸和多糖等重要功能成分,是我国著名的传统滋补佳品、本草上品和常用中药。枣产品还是我国最具国际竞争力的果品和滋补食品之一。目前,枣产业已成为全国2000万农民的主要经济来源。此外,枣树具有极强的抗盐碱、抗干旱和耐瘠薄能力,在我国广大山、沙、碱、旱地区破解兼顾生态改善与农民增收难题中发挥着难以替代的重要作用。

关于河北农业大学

河北农业大学(Agricultural University of Hebei Province,HEBAU / AUH)是一所省部共建的农林类综合性大学。学校创建于公元1902年(大清光绪二十八年),是中国建校最早的高等农业院校。

学校位于河北保定,是教育部100所“中西部高校基础能力建设工程”高校、河北省11所重点骨干大学和省部共建大学之一,由农业部、国家林业局与河北省人民政府共同建设。

关于华大科技

深圳华大基因科技服务有限公司(简称华大科技)——华大基因(BGI)旗下子公司——肩负集成智慧、催化科技的使命,专注于服务生命科学研究者和搭建全产业链服务网络,致力于成为全球生命科学研究机构的首选合作伙伴。

华大科技于2012年完成整合,目前总部位于中国深圳,生产基地位于香港、武汉和美国萨克拉门托,在欧洲、美洲、亚太地区、北上广武等中国城市设有子公司、分公司、业务中心和办事处,服务网络覆盖全球一百多个国家和地区。目前,华大科技在全球拥有10000多家合作单位、30000多位合作伙伴,为一系列大型基因组科研计划、国际合作项目和数以万计的科研项目提供了杰出的技术服务,主导或参与发表了CNNS文章超过100篇,全部科研论文600余篇。

依托丰富的服务经验、独特的科学技能和卓越的大数据处理能力,华大科技旨在整合多组学为核心的各综合平台,改变生命科学的研究模式,协助全球合作伙伴更加便利地获得研发成果,加速整个生命科技相关各行业的发展,从而更快解决人类社会中的各类健康、能源、环境问题,同时为全体员工创造更好的生活和未来,为投资者赢得更好回报。

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