
吃石榴不吐籽,软籽石榴做得到!然而,与硬籽石榴相比,国内广泛栽培的软籽石榴“突尼斯”不抗冻的特点严重威胁和限制了产业健康发展。
近日,Plant Biotechnology Journal在线发表了中国农业科学院郑州果树研究所研究员曹尚银课题组完成的软籽石榴“突尼斯”的高质量基因组图谱,为解析软籽和硬籽石榴品种分化遗传机制提供了支撑,并为软籽石榴遗传改良研究奠定了重要基础。
石榴(Punica granatum L.)是一古老的落叶灌木果树树种,栽培历史悠久。论文通讯作者曹尚银告诉《中国科学报》,石榴被誉为“生命之果”,其果皮、果肉以及种子均含有丰富的类黄酮、多酚、花青素等抗氧化物质,有利于预防高血脂、高血压、HIV、传染性疾病、冠心病、前列腺癌症等疾病。尤其是软籽石榴品种,籽粒硬度小,食用时易于吞咽,避免了营养的流失;此外,软籽石榴市场售价通常是普通品种的2~4倍,是广大果农脱贫致富的良果佳品。
论文第一作者骆翔博士介绍,该研究基于二代和三代测序获得了软籽石榴“突尼斯”高质量基因组序列,基因组大小为320.31 Mb,Contig N50为4.49 Mb,注释了33,594个基因。采用Hi-C光学技术结合遗传图谱将97.76%的序列组装到了8对染色体上。与现有的“泰山红”石榴基因组相比,“突尼斯”多组装出了46.01Mb序列,Contig N50的平均长度提升了46倍,在组装完整度及精确度上都得到了极大地提升。
比较基因组学研究表明,软籽“突尼斯”基因组和硬籽“泰山红”“大笨籽”基因组间存在着大量的SNP和InDel变异。对26个石榴品种进行群体遗传学分析表明,软籽石榴群体和硬籽石榴群体间存在着大量的受选择位点。尤其是Chr1上,存在着高达26.2Mb的受选择区段。基因注释信息表明,与基因组变异及选择信号相关的基因潜在地影响着石榴硬籽和软籽特性分化。
本研究得到了中国农业科学院科技创新工程以及国家科技基础性工作专项重点项目的资助。(生物谷Bioon.com)
2019年11月9日 讯 /生物谷BIOON/ –最近,一项刊登在国际杂志Nature Genetics上的研究报告中,来自加利福尼亚大学等机构的科学家们通过研究发现,人类基因组中难以研究的突变—短串联重复序列(short tandem repeats, STRs或微卫星)或能参与与机体复杂性状相关的基因的表达过程,这些性状包括精神分裂症、炎性肠病、甚至是身高和智力。
图片来源:CC0 Public Domain
STRs由1-6种DNA基本元件(这些元件为核苷酸),组成的序列,其会重复一遍又一遍,有时候甚至会多达数百或数千次。这些突变参与了大约30种疾病的发生,最为人所熟知的就是亨廷顿氏症了,这种疾病会促进患者大脑中的神经细胞出现进行性的破坏,每年在美国大约有3万人会被诊断为亨廷顿氏症,这些患者机体中拥有超过40个拷贝的特殊重复,即CAG三核苷酸重复,患者拥有的拷贝数越多,其就会越早地遭受疾病影响,病情也会越严重。
截止到目前为止,由于缺乏适当的数据库,在全基因组关联性研究中,研究者揭示STRs对基因表达的影响也仅发现了非常有限的关联。这项研究中,通过利用来自“基因型-组织表达项目”(Genotype-Tissue Expression Project)中的17和自重的全基因组测序和表达数据,研究者鉴别出了特殊的STRs,其邻近基因的表达受到了基因组中重复单位数量的影响,研究者在基因组中发现了超过2.8万个与STRs相关的表达。
随后研究人员利用统计学方法来衡量每种效应的显著性,他们鉴别出了数百个负责相关效应的STRs,相关研究结果揭示了与特殊性状相关的重复突变,这些性状包括身高、精神分裂症、炎性肠病和智力等;最后研究者Gymrek说道,总的来说,本文研究结果支持了一种假设,即这些突变会促成一系列人类机体表型的形成,同时也能作为一种非常宝贵的资源来帮助研究者研究更为复杂的性状。(生物谷Bioon.com)
原始出处:
Stephanie Feupe Fotsing, Jonathan Margoliash, Catherine Wang, et al. The impact of short tandem repeat variation on gene expression, Nature Genetics (2019). DOI: 10.1038/s41588-019-0521-9
近日,英国伦敦大学学院等科研机构的研究人员在Nature Plants上发表了题为“A 3,000-year-old Egyptian emmer wheat genome reveals dispersal and domestication history”的文章,通过分析一个有3000年历史的埃及埃默小麦基因组,发现了小麦传播和驯化的历史。
四倍体二粒小麦(Triticum turgidum ssp. dicoccon)是目前世界上种植最广泛的作物六倍体面包小麦(Triticum aestivum)的祖先,也是四倍体硬粒小麦(T. turgidum subsp. turgidum)的直接祖先。埃默小麦是古代最早被驯化的谷物之一。公元前9700年左右,埃默小麦开始在黎凡特种植,而后随着新石器时代农业的普及,逐步扩展到西南亚、北非和欧洲。在本研究中,科研人员报道了一个埃默小麦糠博物馆标本的全基因组序列。运用碳十四测年技术,推定其年代为公元前1130-1000年的埃及新王国时期。其基因组序列显示,与落粒性、种子大小和萌发相关的基因座,以及其他推测的驯化基因座,与现代驯化的埃默小麦有相同的单倍型,这表明这些性状在埃默小麦被引入埃及之前有着共同起源。同时,其基因组也不寻常地携带了现代埃默小麦缺失的单倍型。基因组之间的相似性可用于推断作物在世界各地的传播历史。古埃及埃默小麦与现代阿拉伯和印度埃默小麦之间的遗传相似性表明一个早期的向东和向南传播。该研究结果表明,博物馆藏品作为基因数据来源对于揭示古代谷物的历史和多样性具有重要意义。(生物谷Bioon.com)
传统上,基因组被喻为一本书,即“生命之书”,主要是指蛋白质编码DNA贮藏遗传信息、能够被转录和翻译为蛋白质的功能。
然而,随着人类和越来越多其他高等生物基因组的完成,人们渐渐认识到将基因组比喻为书可能有点不合适了。龙岩学院生命科学学院教授邱国华等经过多年研究后将其比喻为“一窝社会性昆虫”。近日,相关文章发表于国际期刊《表观基因组学》。
非编码DNA是“保镖”
邱国华等人认为,基因组有别于一本书,主要是因为三个方面:一是在结构上,书中的内容是固定的、静止的,而基因组的内容,如果不是全部,大部分则是动态的;二是在功能上,书也没有反映出编码DNA需要转录和翻译才有生理功能这个特性;三是在内容上,基因组除了少数能翻译为蛋白质的编码DNA外,还有占大多数的不翻译为蛋白质的非编码DNA。
因此,邱国华发现,有必要用一个更形象直观的比喻来形容基因组,以反映基因组的结构和功能。
据介绍,真核基因组的重要特征是:一般来说,编码蛋白质的编码DNA处于细胞核内基因组的核心位置,而不编码蛋白质的非编码DNA则处于基因组的外周,而且,越是外周的位置,编码DNA越少,非编码DNA越多;非编码DNA可以转录为很多小分子RNA。
根据这些特征,邱国华首次提出了非编码DNA保护基因组和编码DNA的观点。并且,在《突变研究—突变研究评述》上发表了有关非编码DNA功能的文章,分别从抵抗辐射和外源核酸入侵所引起的DNA损伤的角度,阐述了非编码DNA在对基因组和编码DNA的保护中起着重要的作用。
“这也就是说,在细胞受到辐射时,因为水分的存在,辐射的能量在细胞质里产生自由基。辐射的能量和自由基穿过细胞核时,处于外周的非编码DNA组成的异染色质像‘保镖’挡子弹一样,为处于核心位置的蛋白质编码DNA减少辐射的能量和自由基,从而减少对蛋白质编码DNA的损伤,也就是减少了对生物体的伤害。”邱国华说。
同时,自由基在非编码DNA区域所产生的DNA损伤,则会以“染色体外环形DNA”的形式,排到细胞质里,然后被核酸酶降解。因此,在细胞受到辐射时,编码DNA受到了非编码DNA的双重保护:“阻挡和排出”。
另一方面,当细胞受到外源核酸的入侵,如病毒感染时,非编码DNA会被诱导转录,在细胞质里产生与病毒相关的小分子RNA,使得病毒核酸被降解和失活等。
因此,在细胞受到病毒感染时,编码DNA受到非编码DNA的三重保护:“长程的”小分子RNA的降解和失活(在细胞质);“短程的”保镖阻挡以及排出(在细胞核)。
一个“生命之窝”
基因组的这些特性,在与社会性昆虫的憩息、社会性,特别是防御机制比较后,邱国华等在世界上首次提出:相较于一本书,真核基因组在结构和功能上更像是“一窝社会性昆虫”,该文章发表于国际期刊《表观基因组学》。
实际上,基因组与社会性昆虫有许多相似之处。
首先,在结构方面,细胞核类似于社会性昆虫的巢,核孔是巢的出口;少数蛋白质编码序列类似于一只或者数只王后,位居中央;占大多数的非编码DNA类似于工蜂或者工蚁,处于外围。
其次,在防御机制方面,病毒的核酸在细胞质被小分子RNA失活,就像社会性昆虫被引出巢外,围剿入侵者。有些病毒核酸可能躲过了小分子RNA的杀戮,通过核孔进入细胞核,在到达核心区破坏蛋白质编码序列之前,受到基因组外围的非编码DNA阻挡,就像入侵者在巢内受到工蜂或者工蚁围攻一样。
而且,外源核酸的插入会引起非编码DNA的损伤,而损伤的非编码DNA和外源DNA一起,会被无损伤的非编码DNA转移至细胞质,就像入侵者被工蜂或者工蚁杀死,死亡的入侵者和工蜂或者工蚁都会被活的工蜂或者工蚁移出巢一样。
以上种种相似之处,使得社会性昆虫可能是对基因组的更好的比喻。“基因组可能更像是一个‘生命之窝’。”邱国华表示。(生物谷Bioon.com)
资讯出处:Scientists link pancreatic cancer survival to four genes