染色体水平的强须芒属基因组阐明了禾本科植物的祖先核型与异源多倍体起源

《Nature Communications》：Chromosome-level Streptochaeta genome elucidates the ancestral karyotype and allopolyploid origin of grasses

　　

摘要

禾本科（Poaceae）是经济上最重要的植物类群。重建禾本科祖先基因组并研究塑造主要禾本科谱系的进化因素，对于理解包括水稻、小麦和玉米在内的谷类作物进化至关重要。在此，我们报告了Streptochaeta spicata 的染色体水平基因组组装，该物种代表了缺乏典型小穗的谱系，且是禾本科其余类群的姐妹群，并执行了跨主要禾本科谱系的比较基因组学分析。我们确认了Streptochaeta 中发生 ρ-全基因组加倍（ρ-WGD），这表明所有现存禾本科植物共享一个异源四倍化事件。禾本科祖先核型（AGK）的重建揭示了 ρ 加倍前（x?=?8）和 ρ 加倍后（x?=?12）的染色体数目，随后伴随主要亚科内的多样化，染色体数目通过融合事件而减少。观察到偏倚的子基因组碎裂和优势，并在Streptochaeta 和主要禾本科谱系中遗传。对S. spicata 中关键花器官基因的比较表达分析表明，这个早期分歧谱系的小穗等同结构可能代表禾本科小穗的修饰后祖先状态。鉴于其关键的系统发育位置，Streptochaeta 基因组阐明了禾本科早期核型进化，以及与全基因组加倍相关的起源和关键形态创新。