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我校在Nature Communications上发表研究论文揭示(辣椒)三维染色质结构与基因组功能及进化的关系

审核发布:宣传部 曾子焉 来源单位及审核人:园艺学院 刘少群 发布时间:2022-06-17浏览次数:10

  辣椒是世界上种植最广泛的蔬菜之一,也是重要的调味料作物。我国辣椒生产和消费量居全球之首,种植面积超过3000万亩,产量4000多万吨,辣椒及其相关制品年产值近900亿,是我国创收最大的蔬菜作物。辣椒的种质资源丰富,性状遗传多样,常规栽培种有5个,已报道的辣椒属野生种有30个以上。其基因组庞大(超过3G),结构复杂,开展辣椒基因组学研究有利于其种质资源利用以及分子设计育种。

  6月16日,我校园艺学院在著名学术期刊《Nature Communications》(5年影响因子15.8,中科院一区,TOP期刊)上发表题为“The 3D architecture of the pepper genome and its relationship to function and evolution” 的研究论文(论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31112-x)。该论文以我校辣椒课题组培育的优良辣椒自交系59号为材料,首次报道了辣椒高质量染色体级别的三代拼接参考基因组,并通过整合高分辨率Hi-C图谱与表观组、转录组以及遗传变异数据,探索了其三维基因组结构的基本特征以及与基因组功能和进化的关系。辣椒基因组虽然具有与哺乳动物类似拓扑结合域(Topologically associating domains,TADs),但其形成方式与功能并不完全一样。它们的边界是染色体重排的热点区,该区域的序列高度保守,说明它们的结构完整性对基因组功能有益。我们也证实了虽然染色质构象能够广泛预测转录上的量化差异,但其并不能直接解释组织间基因差异表达。综上所述,辣椒染色质三维结构主要由转录工厂模型介导的异染色质折叠驱动,并且这种结构是有潜在功能性,可能普遍适应于其他大型植物基因组。 

  目前园艺学院辣椒课题组已经收集和创制了1500余份辣椒种质资源,本论文获得的高质量三代基因组组装和三维基因组结构解析,为辣椒重要农艺性状(辣椒素等)和杂种优势形成机理的研究以及分子设计育种提供了重要的理论和数据支撑,对后续植物三维基因组的计算建模以及基因工程技术的发展也具有重要的参考价值。

  我校园艺学院为本论文第一完成单位(农业农村部华南地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室),园艺学院陈日远教授课题组已毕业研究生廖毅(博士,现美国加州大学尔湾分校岗位项目科学家)和园艺学院在读硕士研究生王钧涛(已经被我校农学院录取为博士研究生)为论文共同第一作者, 园艺学院陈长明副教授、曹必好教授和加州大学尔湾分校J. J. Emerson副教授为该论文共同通讯作者。园艺学院雷建军教授和朱张生副教授对论文相关实验和材料给予了指导和支持。本研究也得到了国际知名植物基因组进化遗传学家加州大学尔湾分校Brandon S. Gaut教授、中国科学院动物研究所陈金锋研究员、中国农业科学院深圳基因组所周永锋研究员、瑞士洛桑大学计算机学院刘远龙博士、加州大学伯克利分校汪鸿儒博士、约翰斯·霍普金斯大学欧树俊博士和湖南农业大学刘峰研究员的学术支持。

  该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和广东省自然科学基金等项目的资助。(文图/园艺学院 陈长明)


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