黄来强教学独特掌管实现天下首个兰花全基因组测序

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清华大学深圳研究生院黄来强教授共同掌管完成天下首个兰花全基因组测序

揭晓《天然•遗传》封面文章获特殊推介

　　清华新闻网11月28日电 11月24日，清华大学深圳研究生院性命与安康学部生物医药研究中心、深圳市基因与抗体医治重点实验室和安康科学与技术国家重点试验室（筹）主任黄来强教授团队与国家兰科中心主任刘仲健教授团队等合作在国际顶尖学术期刊Nature Genetics（《自然•遗传》）在线揭橥了题为The genome sequence of the orchid Phalaenopsis equestris（兰科植物小兰屿蝴蝶兰的全基因组序列）的论文，颁布世界首个兰科植物全基因组序列及分析结果。同时本文被选定为Nature Genetics期刊封面文章并将于近期印刷出书。

　　这是“兰花基因组打算”获得的最新严重研究结果，由清华大学深圳研究生院黄来强传授和国家兰科植物种质资本掩护中心暨深圳市兰科植物维护研究中央（简称国家兰科核心）刘仲健教授共同发动和主导，结合中国迷信院植物研究所、台湾胜利大学、比利时根特大学、深圳华大基因研究院、华南农业大学林学院等多个研究机构构成的国际团队协作攻关实现。黄来强教授和刘仲健教学等为本论文的共同通信作者；黄来强教授的清华大学博士后蔡晶（与国度兰科中央刘仲健教授联合培育领导）、清华大学博士生刘可为等为独特第一作者。

　　本研究论文（Article长文）遭到Nature杂志社各类情势的重点推介。在11月18日提早一周面向在Nature杂志社注册挂号的寰球媒体的消息宣布中，将本文选为亮点文章（Press Release Featured Highlights）撰文推介。论文上线颁发后，本文题要被配图登在Nature Genetics主页的头条地位；选为Nature子刊亮点（Research Journal Highlights） 登在Nature网站。

　　Nature Genetics（《做作•遗传》，或译《天然•遗传学》），创刊于1992年，近5年影响因子平均34.21，是Nature有名的子刊。

图为小兰屿胡蝶兰。

　　兰科植物（兰花）作为植物界品种最丰硕的家族之一，是植物多样性保护的旗号物种，素有“植物界大熊猫”之称。兰花具备纷纷庞杂的形态和特征，奇特的吸引虫豸完成传粉的机制，吸引了自达尔文以来有数的演化生物学家和植物学家对兰花停止大量过细的察看和研究。全球大量的兰花喜好者也陶醉于这个至今仍一直有新物种发现的植物大师族。但是兰花生物多样性及退化的遗传基础，是哪些基因致使兰花演化出如斯丰盛的多样性，始终是悬而未决的成绩。

　　本研究拔取拥有代表性和重要园艺代价的小兰屿蝴蝶兰进行全基因组测序，经由数年的尽力，战胜了高杂合度等技巧困难，完成了整基因组序列的组装和分析，取得了高精度的基因组序列图谱和大量的基因信息,清华新闻。

图为景天酸光配合用代谢(CAM)道路及基因退化图。

　　上半部门为暗反响、下半局部为光反映代谢途径，五角星表现该基因家族曾发生太重复或丧失。CA: carbonic anhydrase碳酸酐酶；CC: Calvin Cycle卡尔文轮回；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苹果酸脱氢酶；ME: malic enzyme苹果酸酶；PPDK: pyruvate phosphate dikinase丙酮酸磷酸双激酶。

　　基因猜测显示，小兰屿蝴蝶兰存在29,431个蛋白编码基因。风趣的是这些卵白编码基因的平均内含子长度到达2,922碱基对，这一长度明显跨越了迄今为止一切植物基因组中均匀内含子长度，进一步分析发现蝴蝶兰内含子中的大批的转座元件是蝴蝶兰超长内含子的重要起因。在基因组杂合地区，自交不亲和门路的相干基因尤其富集，这些基因对进一步揭露兰花自交不亲和机制将极有助益。

　　本研究搜寻全基因组序列获得342个同时涵盖其余七个单子叶和双子叶物种的单拷贝直系同源基因家族。基于这些基因家族停止演化时光推算的成果表现蝴蝶兰和其他票据叶植物的不合时间为距今1.351±0.17亿年之前。别的，分析蝴蝶兰基因组中的重复基因间的同义调换率，发现蝴蝶兰在距今7,557（7,150-8,073）万年前也就是白垩纪古近纪接壤前未几阅历了一次全基因组反复, 此次兰花特有的古多倍化事务和随后产生的兰科植物大范围辐射演化奠基了兰科植物发育成为被子植物第二年夜科的基本。

　　与水稻、拟兰芥等碳三代谢植物，以及玉米、高粱等碳四代谢植物分歧，小兰屿蝴蝶兰属于景天酸代谢附生植物。景天酸代谢途径是对干旱或附生情况的一种顺应性光合作用代谢途径。该代谢途径大大进步了植物对水的应用率。本研究也是初次对景天酸代谢植物进行的全基因组测序。经由过程对景天酸代谢途径的六个要害基因家族的分析，发现此中四个基因家族在蝴蝶兰中发生了特异的基因重复和丢掉。这些基因重复和丢出事件很可能在兰花中景天酸代谢途径的演化有重要奉献。

　　MADS－box基因家属是调控动物发育尤其是花的发育的重要基因，而兰花特别以它特别的花形态著称。本研讨剖析了蝴蝶兰中的MADS－box基因家族的散布和演变，发明了多个在兰花中特异扩增跟分化的多少类MADS－box基因。这些兰花独有的MADS－box基因极可能对高度特化的兰花状态发育施展主要感化。

　　本研究失掉的蝴蝶兰全基因组序列图谱是世界上第一个完成测序和分析的兰科植物和景天酸代谢（CAM）植物的全基因组，并提醒其很多重要特性，具有重大深远的科学意思和利用价值。本研究成果弥补了植物基因组研究的多个空缺，对全球基因组科学作出了重大贡献，将为世界上别的相关研究供给全新的出发点战争台。全世界的大量兰花因为不法收集和生境损坏而濒临灭尽。兰花基因组的公布将使得全基因组水平对濒危兰花多样性和演化进行摸索和研究得以完成，为兰花保护提供重要的实践根据和指南。同时，兰花全基因组序列也将为兰花遗传工程育种研究提供重要资源和基础，对加快兰科植物保护、兰花种类翻新、推动兰花相关工业链的成长和晋升我国在生物学、碳汇研究、生物多样性以及环境气象变迁等范畴的研究程度具有严重的意义。

　　附　Nature Genetics原文链接：

供稿：深圳研究生院 编纂：襄桦