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攻克基因组测序难题 探究茶树生物学奥秘

发布时间:2019-09-30 17:10编辑:国际教育浏览(96)

    我校研究团队成功破译木棉基因组

    我国现存最早的中医医药典籍《本草经》记载:“神农尝百草,日遇七十二毒,得荼而解之。”这说明了茶的神奇功效。茶树起源于我国的云南、四川等地,在从中国向世界各地数千年漫长传播历程里,与全球多元文化邂逅交融,发展形成了今天地球上复杂而美妙的茶文化。茶之所以广受欢迎,除了有迷人的香气和令人愉悦的滋味,还因为茶叶中含有许多对人们健康有益的特征性成分,诸如多酚、茶氨酸、咖啡因、维生素、芳香油和矿物质等。

    我校云南高原生物资源保护与利用研究中心联合西南林业大学等单位,结合PacBio与BioNano基因组测序手段,对中国标志性树种-木棉进行了基因组测序和组装,成为目前世界首个成功破译木棉基因组的研究团队。

    一直以来,业内对于茶叶的香气、风味和品质之间的关系,以及茶树为什么可以在全球扩散并种植等问题,认为需要通过基因组学策略来研究。耗时7年,中国科学院昆明植物研究所研究员高立志带领的团队于2017年首次成功破译了茶树基因组。

    该研究成果以“Denovo genome assembly of the red silk cotton tree (Bombax ceiba)”为题在线发表在国际著名期刊《GigaScience》上,我校高永、王海波和刘潮三位博士为本论文的共同第一作者,我校唐利洲教授和西南林业大学田斌副教授为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金和云南省科技厅应用基础研究基金的资助。

    日前,高立志在接受《中国科学报》记者采访时表示:“如果说化石可以帮我们找到山茶属植物最早起源与演化的证据,那么基因组测序可以探究茶的生物学奥密。”

    木棉又名红棉、英雄树、攀枝花等,锦葵目木棉科植物,落叶大乔木。木棉花大而美,树姿巍峨。木棉具有重要的文化和经济价值,蒴果内的木棉纤维有“植物软黄金”之称。

    立志破译茶树基因

    木棉基因组的破译,证明了木棉科与锦葵科亲缘关系相近的假说,也为理解木棉对干热河谷这一极端生境的适应机制和木棉优良性状基因的挖掘奠定了基础,为开展木棉种质资源的开发利用提供了契机。

    如今,茶树被种植在全球超过380万公顷的土地上。来自国际茶树委员会的数据显示,2016年,全球茶叶产量546.3万吨,其中,中国产茶量235万吨。高立志说:“茶叶不仅在中国而且在世界范围内具有巨大的经济、医药、科研和文化价值。”

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    然而,在世界三大饮料植物中,咖啡和可可的基因组相继被欧美国家完成了测序,唯独茶树基因组迟迟未被破译。

    木棉自然生境图片

    2006年,高立志从美国回到云南,加盟依托于中科院昆明植物所的中国西南野生生物种质资源库。回国后他做的第一件大事就是购买了我国第一台二代高通量测序仪Solexa GA II,随后他带领团队在国际上首次破译了稻属植物5个物种全基因组。

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    有了水稻基因组测序的项目经验,2010年,高立志带领植物种质资源、基因组学与生物信息学研究团队,首次在国际上启动了茶树基因组计划。

    木棉基因家族及进化分析

    茶树基因为何难测

    文章链接:

    高立志团队联合华南农业大学、云南农业大学、广东省农业科学研究院、辽宁师范大学、云南省茶叶科学研究所、金华国际山茶园、华中农业大学和华盛顿大学等单位的相关研究团队,率先在国际上完成了栽培茶树大叶茶变种国家级良种云抗10号核基因组的测序和组装,获得了约30.2亿碱基对的高质量基因组参考序列,注释得到36951个蛋白编码基因。

    https://academic.oup.com/gigascience/advance-article/doi/10.1093/gigascience/giy051/4994837?guestAccessKey=be22f738-6005-4c7e-87ed-63d8278373fe

    深入研究后团队发现,茶树基因组庞大的原因居然是长末端重复序列反转录转座子家族。在过去5000万年以来,茶树基因组中长末端重复序列反转录转座子家族经历了多次特别是近期的大量爆发,它们长期而缓慢地扩增,却又缺少有效的DNA删除机制,导致茶树基因组变得十分庞大。

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