黃來(lái)強(qiáng)教學(xué)獨(dú)特掌管實(shí)現(xiàn)天下首個(gè)蘭花全基因組測(cè)序

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清華大學(xué)深圳研究生院黃來(lái)強(qiáng)教授共同掌管完成天下首個(gè)蘭花全基因組測(cè)序

揭曉《天然•遺傳》封面文章獲特殊推介

　　清華新聞網(wǎng)11月28日電 11月24日，清華大學(xué)深圳研究生院性命與安康學(xué)部生物醫(yī)藥研究中心、深圳市基因與抗體醫(yī)治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和安康科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室（籌）主任黃來(lái)強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)與國(guó)家蘭科中心主任劉仲健教授團(tuán)隊(duì)等合作在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature Genetics（《自然•遺傳》）在線揭橥了題為T(mén)he genome sequence of the orchid Phalaenopsis equestris（蘭科植物小蘭嶼蝴蝶蘭的全基因組序列）的論文，頒布世界首個(gè)蘭科植物全基因組序列及分析結(jié)果。同時(shí)本文被選定為Nature Genetics期刊封面文章并將于近期印刷出書(shū)。

　　這是“蘭花基因組打算”獲得的最新嚴(yán)重研究結(jié)果，由清華大學(xué)深圳研究生院黃來(lái)強(qiáng)傳授和國(guó)家蘭科植物種質(zhì)資本掩護(hù)中心暨深圳市蘭科植物維護(hù)研究中央（簡(jiǎn)稱國(guó)家蘭科核心）劉仲健教授共同發(fā)動(dòng)和主導(dǎo)，結(jié)合中國(guó)迷信院植物研究所、臺(tái)灣勝利大學(xué)、比利時(shí)根特大學(xué)、深圳華大基因研究院、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院等多個(gè)研究機(jī)構(gòu)構(gòu)成的國(guó)際團(tuán)隊(duì)協(xié)作攻關(guān)實(shí)現(xiàn)。黃來(lái)強(qiáng)教授和劉仲健教學(xué)等為本論文的共同通信作者；黃來(lái)強(qiáng)教授的清華大學(xué)博士后蔡晶（與國(guó)度蘭科中央劉仲健教授聯(lián)合培育領(lǐng)導(dǎo)）、清華大學(xué)博士生劉可為等為獨(dú)特第一作者。

　　本研究論文（Article長(zhǎng)文）遭到Nature雜志社各類情勢(shì)的重點(diǎn)推介。在11月18日提早一周面向在Nature雜志社注冊(cè)掛號(hào)的寰球媒體的消息宣布中，將本文選為亮點(diǎn)文章（Press Release Featured Highlights）撰文推介。論文上線頒發(fā)后，本文題要被配圖登在Nature Genetics主頁(yè)的頭條地位；選為Nature子刊亮點(diǎn)（Research Journal Highlights） 登在Nature網(wǎng)站。

　　Nature Genetics（《做作•遺傳》，或譯《天然•遺傳學(xué)》），創(chuàng)刊于1992年，近5年影響因子平均34.21，是Nature有名的子刊。

圖為小蘭嶼胡蝶蘭。

　　蘭科植物（蘭花）作為植物界品種最豐碩的家族之一，是植物多樣性保護(hù)的旗號(hào)物種，素有“植物界大熊貓”之稱。蘭花具備紛紛龐雜的形態(tài)和特征，奇特的吸引蟲(chóng)豸完成傳粉的機(jī)制，吸引了自達(dá)爾文以來(lái)有數(shù)的演化生物學(xué)家和植物學(xué)家對(duì)蘭花停止大量過(guò)細(xì)的察看和研究。全球大量的蘭花喜好者也陶醉于這個(gè)至今仍一直有新物種發(fā)現(xiàn)的植物大師族。但是蘭花生物多樣性及退化的遺傳基礎(chǔ)，是哪些基因致使蘭花演化出如斯豐盛的多樣性，始終是懸而未決的成績(jī)。

　　本研究拔取擁有代表性和重要園藝代價(jià)的小蘭嶼蝴蝶蘭進(jìn)行全基因組測(cè)序，經(jīng)由數(shù)年的盡力，戰(zhàn)勝了高雜合度等技巧困難，完成了整基因組序列的組裝和分析，取得了高精度的基因組序列圖譜和大量的基因信息,清華新聞。

圖為景天酸光配合用代謝(CAM)道路及基因退化圖。

　　上半部門(mén)為暗反響、下半局部為光反映代謝途徑，五角星表現(xiàn)該基因家族曾發(fā)生太重復(fù)或喪失。CA: carbonic anhydrase碳酸酐酶；CC: Calvin Cycle卡爾文輪回；PEP: phosphoenolpyruvic acid磷酸烯醇丙酮酸；PEPC: phosphoenolpyruvate carboxylase磷酸烯醇丙酮酸羧化酶；PPCK: phosphoenolpyruvate carboxykinase磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶；MDH: malate dehydrogenase蘋(píng)果酸脫氫酶；ME: malic enzyme蘋(píng)果酸酶；PPDK: pyruvate phosphate dikinase丙酮酸磷酸雙激酶。

　　基因猜測(cè)顯示，小蘭嶼蝴蝶蘭存在29,431個(gè)蛋白編碼基因。風(fēng)趣的是這些卵白編碼基因的平均內(nèi)含子長(zhǎng)度到達(dá)2,922堿基對(duì)，這一長(zhǎng)度明顯跨越了迄今為止一切植物基因組中均勻內(nèi)含子長(zhǎng)度，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)蝴蝶蘭內(nèi)含子中的大批的轉(zhuǎn)座元件是蝴蝶蘭超長(zhǎng)內(nèi)含子的重要起因。在基因組雜合地區(qū)，自交不親和門(mén)路的相干基因尤其富集，這些基因?qū)�進(jìn)一步揭露蘭花自交不親和機(jī)制將極有助益。

　　本研究搜尋全基因組序列獲得342個(gè)同時(shí)涵蓋其余七個(gè)單子葉和雙子葉物種的單拷貝直系同源基因家族�；�于這些基因家族停止演化時(shí)光推算的成果表現(xiàn)蝴蝶蘭和其他票據(jù)葉植物的不合時(shí)間為距今1.351±0.17億年之前。別的，分析蝴蝶蘭基因組中的重復(fù)基因間的同義調(diào)換率，發(fā)現(xiàn)蝴蝶蘭在距今7,557（7,150-8,073）萬(wàn)年前也就是白堊紀(jì)古近紀(jì)接壤前未幾閱歷了一次全基因組反復(fù), 此次蘭花特有的古多倍化事務(wù)和隨后產(chǎn)生的蘭科植物大范圍輻射演化奠基了蘭科植物發(fā)育成為被子植物第二年夜科的基本。

　　與水稻、擬蘭芥等碳三代謝植物，以及玉米、高粱等碳四代謝植物分歧，小蘭嶼蝴蝶蘭屬于景天酸代謝附生植物。景天酸代謝途徑是對(duì)干旱或附生情況的一種順應(yīng)性光合作用代謝途徑。該代謝途徑大大進(jìn)步了植物對(duì)水的應(yīng)用率。本研究也是初次對(duì)景天酸代謝植物進(jìn)行的全基因組測(cè)序。經(jīng)由過(guò)程對(duì)景天酸代謝途徑的六個(gè)要害基因家族的分析，發(fā)現(xiàn)此中四個(gè)基因家族在蝴蝶蘭中發(fā)生了特異的基因重復(fù)和丟掉。這些基因重復(fù)和丟出事件很可能在蘭花中景天酸代謝途徑的演化有重要奉獻(xiàn)。

　　MADS－box基因家屬是調(diào)控動(dòng)物發(fā)育尤其是花的發(fā)育的重要基因，而蘭花特別以它特別的花形態(tài)著稱。本研討剖析了蝴蝶蘭中的MADS－box基因家族的散布和演變，發(fā)明了多個(gè)在蘭花中特異擴(kuò)增跟分化的多少類MADS－box基因。這些蘭花獨(dú)有的MADS－box基因極可能對(duì)高度特化的蘭花狀態(tài)發(fā)育施展主要感化。

　　本研究失掉的蝴蝶蘭全基因組序列圖譜是世界上第一個(gè)完成測(cè)序和分析的蘭科植物和景天酸代謝（CAM）植物的全基因組，并提醒其很多重要特性，具有重大深遠(yuǎn)的科學(xué)意思和利用價(jià)值。本研究成果彌補(bǔ)了植物基因組研究的多個(gè)空缺，對(duì)全球基因組科學(xué)作出了重大貢獻(xiàn)，將為世界上別的相關(guān)研究供給全新的出發(fā)點(diǎn)戰(zhàn)爭(zhēng)臺(tái)。全世界的大量蘭花因?yàn)椴环ㄊ占�和生境損壞而瀕臨滅盡。蘭花基因組的公布將使得全基因組水平對(duì)瀕危蘭花多樣性和演化進(jìn)行摸索和研究得以完成，為蘭花保護(hù)提供重要的實(shí)踐根據(jù)和指南。同時(shí)，蘭花全基因組序列也將為蘭花遺傳工程育種研究提供重要資源和基礎(chǔ)，對(duì)加快蘭科植物保護(hù)、蘭花種類翻新、推動(dòng)蘭花相關(guān)工業(yè)鏈的成長(zhǎng)和晉升我國(guó)在生物學(xué)、碳匯研究、生物多樣性以及環(huán)境氣象變遷等范疇的研究程度具有嚴(yán)重的意義。

　　附　Nature Genetics原文鏈接：

供稿：深圳研究生院 編纂：襄樺