【项目文章】百迈客助力苦荞基因组在线发表

发表期刊:Molecular Plant
影响因子:8.827
文章题目:The Tartary Buckwheat Genome Provides Insights into Rutin Biosynthesis and Abiotic Stress Tolerance

摘要概述

A high-quality, chromosome-scale Tartary buckwheat genome sequence of 489.3 Mb is assembled. A new buckwheat lineage-specific whole genome duplication is discovered. The reference genome facilitated the identification of many new genes predicted to be involved in rutin biosynthesis and regulation,aluminum stress resistance, and in drought and cold stress responses.

研究背景

苦荞也叫苦荞麦(Fagopyrum tataricum)是蓼科荞麦属作物,虽然我们习惯认为它属于麦类,但其实他并非禾本科而是蓼科??嘬裥韵惨跏淞?,多种植于高山地域,一般垂直分布为海拔1200~3500m。所以苦荞具有很高的抗逆性,尤其是在抗寒和抗干旱方面??嘬袷且┦沉接玫淖魑?,苦荞麦性味苦、平、寒, 有益气力、续精神、利耳目、降气宽肠健胃的作用。能降血压、降血糖、降血脂, 改善微循环等作用, 又称“三降”食品。其主要药用成分为芦丁,该文章也对芦丁的生物合成进行了研究。

测序材料

鞑靼荞麦(Fagopyrum tataricum cv. Pinku1),2n=2X=16;

测序方法

Illumina、BioNano、PacBio、Hi-C、fosmid

研究内容

1.基因组组装和注释
苦荞通过K-mer预估基因组大小约为489Mb,流式细胞仪预估为540Mb。共组装出来489.3Mb的基因组序列,共8778个Contigs,Contig N50=550.7kb。通过Hi-C数据将436.4Mb的序列锚定到8条染色体上(定位比例为89.18%)。然后再通过光学图谱数据进行校正。三代数据的准确性通过二代评估为99.96%,并且在基因区具有更少的错误存在。

共预测得到33366个基因,平均每100Kb具有6.8个基因。非编码RNA注释结果为278 miRNAs, 1,395 tRNAs, 455 rRNAs, and 518 snRNAs。通过注释已组装基因组的50.96%为重复序列,其中LTR的比例占全基因组的38.64,包含Gypsy (30.52%) 和 Copia (5.48%)。

 

图1 苦荞基因组circle图

2.系统发育和全基因组复制事件分析
苦荞与拟南芥、可可、大豆、葡萄、杨树、马铃薯、番茄以及单子叶的水稻和玉米构建系统发育进化树,见下图。此外还进行基因家族聚类分析,找出共同和特有的基因家族。

 

 

图2 苦荞系统发育进化树

 

通过苦荞与拟南芥、苦荞与甜菜进行分析,通过Ks计算发现苦荞经历了全基因组复制事件,近期是在下图0.84-0.92之间,而更古老的一次复制发现在64.42~70.77 Mya。而全基因组复制事件的发生,也导致了很多与抗逆相关基因家族的扩张或者保留。这也与后期苦荞的抗逆性有一定关系。

 

图3 苦荞全基因组复制事件

3.参与芦丁合成基因的鉴定
芦丁的生物合成具有特殊的意义,而苦荞被认为是这种有益的类黄酮的主要食物来源??喔绍衤笥镏手泻?%的芦丁。通过比较基因组以及不同生长部位的转录组测序,发现原来所不知道的全长蛋白CHI(FtPinG0002790600)和f3h(FtPinG0006662600)。

 

图4 芦丁生物合成途径的研究

4.苦荞抗逆性研究
该研究还发现苦荞中存在大量与植物耐铝、抗旱和耐寒相关的新基因,其中产物包括一些转运蛋白以及相关的转录因子。

小编总结

本文研究了苦荞的基因组测序,除了三代测序还通过光学图谱和Hi-C技术进一步提升基因组的组装质量。通过比较基因组学研究明确了苦荞的系统发育地位,以及通过全基因组复制事件的研究发现了抗逆基因的扩张和保留。其中结合转录组测序对芦丁的生物合成途径进行了研究。

该研究由山西农科院农作物品种资源研究所乔治军研究员团队联合中国科学院遗传与发育生物学研究所梁承志研究员团队及华南农农业大学王俊教授团队共同完成,其中百迈客只参与了其中部分研究,再次祝贺各位老师取得好的成绩。

参考文献

The Tartary buckwheat genome provides insights into rutin biosynthesis and abiotic stress tolerance.

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