12月28日，北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、北京市林木分子設(shè)計育種高精尖創(chuàng)新中心鈕世輝課題組在Cell發(fā)表了題為The Chinese pine genome and methylome unveil key features of conifer evolution的論文，報道了我國特有鄉(xiāng)土針葉樹種油松的遺傳密碼及關(guān)鍵演化特征的分子調(diào)控機制，為理解針葉樹演化與分子設(shè)計育種提供了重要遺傳信息資源。該研究是Cell期刊創(chuàng)刊以來發(fā)表的第一篇針葉樹以及祼子植物研究論文，是該研究領(lǐng)域的一個重要里程碑。

針葉樹占據(jù)了39%的全球森林生態(tài)系統(tǒng)，加上其特殊的系統(tǒng)學(xué)地位，針葉樹關(guān)鍵特征的演化一直被植物學(xué)界廣泛關(guān)注。然而，針葉樹基因組巨大、基因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、富含重復(fù)序列與超長內(nèi)含子，相關(guān)研究一直面臨重大技術(shù)瓶頸。

該研究通過對組裝工具的重編程，并借助大規(guī)模轉(zhuǎn)錄組輔助注釋，突破了油松25Gb超大基因組組裝與精確基因注釋。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地闡明了針葉樹包括基因組進(jìn)化方向、適應(yīng)性的遺傳基礎(chǔ)、松脂合成的完整通路、特異的生殖發(fā)育調(diào)控框架等演化歷程中多個懸而未決或存在爭議的問題。

該研究發(fā)現(xiàn)針葉樹基因組的巨大性主要來源于轉(zhuǎn)座元件，其演化出了強大的DNA甲基化監(jiān)管系統(tǒng)來抑制轉(zhuǎn)座元件進(jìn)一步復(fù)制，但同時也“鎖死”了基于同源重組的重復(fù)序列清除通路，造成針葉樹基因組的膨脹將僅有一張單程票。

油松基因組擴張的“單程票”和特異的進(jìn)化風(fēng)景

與被子植物不同，全基因組加倍事件針葉樹中很罕見，不過，令人驚奇的是，針葉樹91%的基因通過散在重復(fù)等途徑發(fā)生了復(fù)制，其中生物與非生物脅迫響應(yīng)基因大量積累，這可能為針葉樹卓越的抗逆性提供了遺傳基礎(chǔ)。

松脂生物合成是松類植物的重要特征，在抗蟲、抗病、抗非生物脅迫中均發(fā)揮著重要作用，本研究發(fā)現(xiàn)油松樹脂萜類化合物合成通路關(guān)鍵酶發(fā)生了劇烈擴張，這些擴張基因有規(guī)律地依據(jù)功能分類成簇地聚集在染色體上，在DNA上銘刻著“油松”之名的名副其實。

與被子植物研究相比，針葉樹研究仍十分滯后。該研究為針葉樹特異的生長發(fā)育、適應(yīng)性、基因組演化研究以及高效遺傳改良奠定了重要的基礎(chǔ)，也為更全面理解植物各異的演化機制提供了被子植物以外新的視角。

鈕世輝（右四）帶領(lǐng)團(tuán)隊進(jìn)行油松新品種嫁接

據(jù)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人介紹，研究團(tuán)隊共有來自6個國家11家單位的35位研究人員。該團(tuán)隊參與了中國、澳大利亞、瑞典多個世界重要針葉樹種的育種計劃，研發(fā)了10余款專業(yè)軟件。此項研究歷時3年半，期間共召開了54場技術(shù)討論會。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.12.006

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《细胞》突破性成果！北京林业大学钮世辉等解开“中国松”基因密码的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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