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植物所科研人员等合作在酸浆属果实进化发育基因组变异机制上取得新进展

  茄科酸浆属(Physalis)宿存花萼在受精后随浆果发育迅速膨大,形成“中国灯笼”或膨大花萼综合征(ICS)这一创新形态,包裹浆果。然而,酸浆属果实形态、生化特性及其起源背后的遗传基础还不够清楚。 

  中科院植物所贺超英研究组等合作完成了毛酸浆(Physalis pubescens syn. P. floridana)基因组的组装,解析了第一个酸浆属物种染色体水平的参考基因组,其大小~1.40 Gb,contig N50~4.87 Mb,预测蛋白编码基因32,075个,重复序列~82.24%,杂合度~0.19%。分析发现,SEP类MADS-box基因MBP21亚分支的丢失可能是导致“中国灯笼”起源的一个关键突变,它与前期研究发现的MADS-box基因MPF2的异位表达突变共同促使酸浆族植物中ICS的起源。结合现有功能证据他们提出了“中国灯笼”这一形态创新起源的原创性模型,即“雄性育性遗传腐蚀-恢复”模型。这一模型阐述了进化过程中新性状产生的一种新机制,即一个突变补偿了另一个有害突变的结果。研究还发现角鲨烯环氧化酶(squalene epoxidase,SQE)基因家族的显著扩张可能与酸浆属果实中特异性甾体类化合物的产生与多样化有关。以上研究结果揭示了招募已有基因、基因复制和丢失等遗传变异在果实性状进化中的重要性,为茄科作物的进化遗传学和育种提供了有价值的基因组资源。 

  该研究成果于2021年11月18日发表于国际学术期刊Horticulture Research。中科院植物所博士后卢江杰,已毕业硕士研究生罗媚方、副研究员王丽和在读博士研究生李鹍鹏为共同第一作者,植物所贺超英研究员、杭州师范大学王慧中教授和植物所焦远年研究员为共同通讯作者。安诺优达杨伟飞等参与了该工作。该研究得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项等项目的资助。 

  论文链接:https://doi.org/10.1038/s41438-021-00705-w 

  (进化实验室供稿)

毛酸浆基因组组装和“中国灯笼”起源的模型 

(A)毛酸浆植株;(B)花芽;(C)花;(D)果实;(E)部分“中国灯笼”被去除,显示浆果;(F)基因组组装情况;(G)“中国灯笼”起源的“雄性育性遗传腐蚀-恢复”模型。

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