基因组数据发表论文

记者从 福建农林大学 3日召开的“菠萝基因组研究成果”新闻发布会上获悉，该校牵头的科研团队在全世界首次鉴定出菠萝基因组中所有参与景天酸代谢途径的基因，阐明了景天酸光合作用是通过改变调控序列演化而来，并且受昼夜节律基因的调控，这是光合作用研究领域的重大突破。 由于受自交不亲等因素限制，菠萝品种改良进展缓慢。该科研团队首席科学家、 福建农林大学 教授明瑞光称，此次菠萝基因组项目获得了大量的基因组数据资源，推广应用后将加快菠萝品种改良和产业的发展。 明瑞光表示，菠萝是具有景天酸代谢光合作用的最重要的经济作物，对菠萝基因组控制景天酸代谢光合作用通路进行详细分析，鉴定了所有参与景天酸代谢途径的基因，这为后续在作物中通过基因改造景天酸代谢光合作用奠定了基础。 明瑞光还表示，研究首次证明了转座子是造成菠萝基因组不稳定的主要因素，并首次证明了菠萝基因组可作为所有单子叶植物的参考基因组，研究成果对全球菠萝的遗传改良具有里程碑的贡献，对全世界热带作物研究具有重要参考价值。 该科研团队的研究论文《菠萝基因组与景天酸代谢光合作用的演化》2日由国际学术权威刊物《自然·遗传学》在线发表。

菊花 ( Chrysanthemum ×morifolium Ramat.)是世界著名的观赏植物，具有千姿百态的花型。实际上，菊花的花是指由外围的 舌状花 和盘心的 管状花 共同构成的头状花序。 其花型由头状花序上舌状花和管状花的形态和相对数量决定 。解析同一头状花序上舌状花和管状花分化的分子调控机制不仅可以为阐明菊花复杂的头状花序形态奠定基础，也将为菊科植物头状花序发育提供新见解。但目前关于菊花花型的研究受到其复杂遗传背景的限制，导致无法充分利用菊花丰富的基因资源进行花型定向育种。因此，获得高质量的菊花及其近缘种的基因组信息并在此基础上研究头状花序发育的分子调控机制显得尤为必要。

近日， Horticulture Research 在线发表了北京林业大学戴思兰团队题为 The Chrysanthemum lavandulifolium genome and the molecular mechanism underlying diverse capitulum types 的研究论文。 该论文完成了菊花近缘野生种之一甘菊( C. lavandulifolium )的全基因测序工作，获得了染色体水平上的高质量甘菊参考基因组， 结合3种不同类型菊科植物头状花序的转录组数据初步解析了头状花序发育的分子调控机制，为实现人工调控菊花花型奠定了坚实的分子理论基础。

甘菊为菊属植物中的二倍体物种，采用 Illumina + Pacbio + Hi-C 测序技术对其进行全基因测序，获得了 2.60 Gb 的染色体水平的参考基因组。其中94.46%的序列锚定到 9 条染色体上。甘菊基因组中重复序列占基因组的67.69%， Cypsy 和 Copia 的占比分别为37.92%和29.06%，插入时间在1.25百万年前。

与其他10个物种建立进化树， showed that C. lavandulifolium diverged from C. nankingense at approximately 7.2 Mya 。比较了11个物种之间基因家族的扩张和收缩，以研究基因家族的进化。结果表明，C. lavandulifolium 有1305个和453个基因家族扩增和收缩 (图1b)。扩增的基因家族在花发育相关和细胞合成相关的GO中富集（补充表）。

比较基因组分析结果表明，甘菊经历了 两次 全基因组复制(WGD)事件，其中 最近 的一次是所有菊科植物共有的，而 较早 的一次是核心双子叶植物共有的γ事件， 甘菊自身没有发生WGD，其基因组演化的动力来源主要是串联重复事件 。

基于 甘菊头状花序发育的6个重要时期 和 其他菊科植物 不同类型头状花序发育关键时期的转录组有参分析发现， MADS-box、TCP、NAC 和 LOB基因家族 可能参与 管状花 和 舌状花 的分化。值得注意的是， NAM 和 LOB30 高表达于舌管兼备型的头状花序中，而在全舌型和全管型的头状花序中表达量相对较低，这表明其可能是参与两类小花分化的关键基因。

结合关键基因在 全舌型、全管型 以及 舌管兼备型 的头状花序中的表达模式和蛋白互作模式，初步推测并构建了不同类型头状花序发育可能的调控机制。

总之， NAM 和 LOB 不仅可以与花序分生组织相关基因如 LFY 等互作，也可以与两类小花身份决定基因如 CYC2- LIKE 等基因互作，这表明 NAM 和 LOB30 在头状花序上舌状花和管状花原基分化调控中的关键角色**。

高质量甘菊参考基因组的获得不仅可以为栽培菊花基因组的破译提供有效的参考，更为解析菊花乃至菊科植物多样的生物学性状提供丰富的基因资源。

北京林业大学 戴思兰教授课题组 一直致力于 菊花研究，基于植物系统学研究方法对菊属植物种间亲缘关系和菊花品种起源进行探索，在种质资源评价，花色、花型、开花期和抗逆性等观赏性状形成的分子机理，菊花优异种质创制以及产业化栽培技术等开展了全面研究，取得了一系列重要突破性进展和研究成果。 本研究得到了国家自然科学基金重点项目(31530064)和国家重点研发专项(2018YFD1000403)的资助。

甘菊 : Chrysanthemum lavandulifolium

Among these plants , the most important families are as follows , Ranunculaceae, Berberidaceae, Menispermaceae, Papaveraceae, Rutaceae, Fabaceae, Apocynaceae, Solanaceae, Asteraceae and so on. 其中主要的科为:毛莨科 、 小檗科、防己科 、 芸香科 、 罂粟科 、 豆科 、 夹竹桃科 、 茄科 、 菊科等.

菊科里有两个亚科，一为管状花亚科，一为舌状花亚科。

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2022年3月24日， 中国科学院北京生命科学研究院 赵方庆 团队 和 中国科学院大学 苗苗 团队 合作在 Molecular Biology and Evolution 杂志发表题为“ An extremely streamlined macronuclear genome in the free-living protozoan Fabrea salina ”的研究论文，报道了他们关于真核生物基因组进化策略的研究成果。该团队从原生动物盐蚕豆虫( Fabrea salina )入手， 首次系统解析了目前已知的自由生异养真核生物的最小基因组，为真核生物基因组精简理论提供了新见解，揭示了其高盐环境适应的遗传学基础 。

纤毛虫起源于约11亿年前，是一类结构和功能最复杂的单细胞真核生物，是研究真核生物基因组进化的重要材料。盐蚕豆虫能够在35 ~ 180 ppt盐度生长繁殖，环境适应性强，繁殖周期快，且对恶劣环境有显著抗性。此前盐蚕豆的基因组数据一直处于空白状态，影响了对盐蚕豆耐盐机制的深入研究。该研究团队首先建立了盐蚕豆虫的培养体系，综合采用单细胞基因组技术和Nanopore测序技术，重构出高质量的盐蚕豆虫大核基因组。其基因组仅有18.35Mb，86.5%的拼接序列中具有双侧端粒，说明其基因组高度完整性。此外，共鉴别出9918个蛋白编码基因，其数目在目前已发表的自由生纤毛虫中最少，且仅相当于原核生物中粘细菌的基因数量。如此简洁精巧的基因组赋予其作为生物演化研究模型的特殊地位。

该研究团队进一步通过比较和进化基因组学分析，系统揭示了盐蚕豆虫高基因密度、微内含子、同源基因收缩等基因组精简特征以及与环境适应相关的基因组结构，提供了真核捕食者基因组精简进化的直接证据。通过对其耐盐机制的探究，发现基因组中高盐胁抗性相关基因的扩增事件及转录组水平表达特征，揭示了盐蚕豆虫对高盐环境的适应性进化。研究发现了磷脂酸的积累可能在抵抗细胞内高渗透压中发挥了重要作用。此外，该团队首次描述了盐蚕豆虫有性生殖过程中大核的形态特征和转录组图谱。 该研究首次解析了自由生纤毛虫的极简基因组特征，阐明盐蚕豆虫作为研究真核生物基因组进化模型的特殊地位，为理解基因组的精简和进化 历史 提供了独特视角 。

中国科学院大学博士研究生张冰和硕士研究生侯丽娜为论文并列第一作者，中国科学院北京生科院赵方庆研究员和中国科学院存济医学院苗苗教授为共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金委和中国科学院的经费支持，并得到中国海洋大学原生动物实验室的帮助。

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