基因组图谱揭示 胶乳生物合成与橡胶树驯化史

     科技日报讯 （记者赵汉斌 通讯员杨梅）橡胶树是大戟科植物。在植物界大概2500种产胶植物中，橡胶树产生的以聚异戊二烯为主要功能成分的天然胶乳约占全球天然橡胶的98%以上。比起形成宏大环境污染的人工合成橡胶产业，天然橡胶因其良好的弹性、伸展性、耐老化等综合理化性能成为国家重要的策略物资。

    然而，大戟科植物基因组的染色体如何进化、为什么橡胶树能高产胶乳以及橡胶树在近一个世纪如何被驯化等是产胶植物钻研中长期悬而未决的严重科学问题；橡胶树的高产、抗病、抗旱、抗寒等重要经济性状的基因组选择育种与优良基因资源的开掘利用也亟须抵达染色体级别的高质量橡胶树参考基因组图谱。

    热带作物种质资源与基因组学云南省创新团队首席科学家、中科院昆明植物钻研所高立志钻研员率领的云南省热带作物科学钻研所、中国科学院昆明植物钻研所和华南农业大学基因组学与生物信息学钻研中心的结合钻研团队，历经6年，与华大基因、美国华盛顿大学、哈佛大学等单位合作，在完成了二代基因组测序与组装的根底上，进一步抑制了橡胶树基因组庞大、高杂合与高反复等艰难，利用单分子实时测序（SMRT）和Hi-C技术，在国际上首次取得了抵达染色体级别的高质量巴西橡胶树优良种类GT1的参考基因组序列。

    与以前发表的基因组草图比较基因组学剖析标明，该钻研取得的基因组图谱在组装精确性与完好性上都得到了极大提升；将组装取得的约1.47Gb的基因组序列挂载到了18条假染色体上；钻研进一步证实，在木薯属与橡胶属分化之前二者独特的先人发作过古多倍化事件；通过染色体水平上的比较基因组学剖析首次构建了大戟植物的染色体演化模型；通过对该高质量的橡胶树参考基因组序列的剖析发现，在与木薯分化之后，橡胶树基因组在最近的一千万年以来有三个LTR逆转录转座子家族发作了快速暴发，使得橡胶树基因组增大了890Mbp，增幅约为60.44%。这项钻研鉴定得到与整个胶乳生物合成相关基因家族并解析了胶乳生物合成门路及重要基因的表达式样，发现了与根底代谢过程、乙烯生物合成以及与乳胶停排相关的多糖和糖蛋白凝集素流动相关基因的显著扩张；该钻研最后还构建了第一张代表性野生和栽培橡胶树的基因组变异精准图谱，取得约1570万个高质量的SNPs（单核苷酸多态性）。

    只管橡胶树仅有一个多世纪的的驯化历史，该钻研鉴定到数百个与驯化相关的候选基因，它们在栽培橡胶树中比起野生橡胶树具有极低的基因组多样性，其中有些基因与胶乳的生物合成亲密相关。

    这项成绩发表在国际植物学顶尖刊物《分子植物》上，对我国将来橡胶优良种质资源的爱护、开掘与育种利用具有重要的策略意义。

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