中国农大PNAS获基因组测序新成果

　　

生物通报道：来自中国农业大学，深圳华大基因组研究院等处的研究人员发表了题为“Comparative genomics of rhizobia nodulating soybean suggests extensive recruitment of lineage-specific genes in adaptations”的文章，通过对26株属于中华根瘤菌属和慢生根瘤菌属的大豆根瘤菌进行基因组测序，以及比较基因组学分析，取得了大豆根瘤菌基因组研究新进展。

文章的通讯作者分别是中国农业大学根瘤菌研究中心田长富博士，以及深圳华大基因组研究院李英睿，其中李英睿这位年轻的学者曾参与了多个基因组研究，曾以第一作者的身份在《Nature Biotechnology》发表文章，首次提出“人类泛基因组”概念（具体见85后学科负责人 李英睿 勇闯基因组学高峰）。

大豆根瘤菌（拉丁名：Bradyrhizobium japonicum）是一种活的微生物制剂根瘤内的根瘤菌，与豆科植物互利共生——豆科植物通过光合作用制造的有机物，一部分供给根瘤菌；根瘤菌通过生物固氮制造的氨，则供给豆科植物。

2003年来自日本的科学家们完成了对大豆根瘤菌基因进行解析的工作，结果发现大豆根瘤菌有910万个碱基对，与蛋白质合成相关的基因有8317个，有2000个基因为大豆根瘤菌独有，与固定氮有关的基因为180个。随后不少实验室开展了关于大豆根瘤菌基因组的研究。

据报道，在这篇文章中，研究人员通过对26株属于中华根瘤菌属和慢生根瘤菌属的大豆根瘤菌，进行基因组测序及比较基因组学研究，发现大豆慢生根瘤菌的核心基因组随机地分布于脂代谢和次级代谢途径中，而中华根瘤菌属的大豆根瘤菌核心基因组中，则有许多与适应碱性条件和渗透压的基因。这一研究发现与大豆根瘤菌的生物地理学分布规律相一致。

而且令研究人员感到惊讶的是，与其它根瘤菌相比，与大豆共生的根瘤菌中，没发现只参与和大豆的共生的特殊基因。另一方面，已知的561个根瘤菌共生基因的复杂模式，也反应出这些大豆根瘤菌与其它根瘤菌系统亲缘关系。

研究人员还分析了根瘤菌整个泛基因组，以及887个已知功能基因，发现只有功能基因的种类多样性是与根瘤菌系统树一致，并且基因重组在根瘤菌的核心基因组的进化占据主导。

总而言之，这项研究指出，虽然根瘤菌在共生相互作用，以及其它环境因素影响下发生的变化，通过直接或间接形态过程，发生了广泛的亲缘特异性基因改变，但是与包括横向基因转移的基因重组相比较，垂直基因变化还是很少见的。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Comparative genomics of rhizobia nodulating soybean suggests extensive recruitment of lineage-specific genes in adaptations

The rhizobium–legume symbiosis has been widely studied as the model of mutualistic evolution and the essential component of sustainable agriculture. Extensive genetic and recent genomic studies have led to the hypothesis that many distinct strategies, regardless of rhizobial phylogeny, contributed to the varied rhizobium–legume symbiosis. We sequenced 26 genomes of Sinorhizobium and Bradyrhizobium nodulating soybean to test this hypothesis. The Bradyrhizobium core genome is disproportionally enriched in lipid and secondary metabolism, whereas several gene clusters known to be involved in osmoprotection and adaptation to alkaline pH are specific to the Sinorhizobium core genome. These features are consistent with biogeographic patterns of these bacteria. Surprisingly, no genes are specifically shared by these soybean microsymbionts compared with other legume microsymbionts. On the other hand, phyletic patterns of 561 known symbiosis genes of rhizobia reflected the species phylogeny of these soybean microsymbionts and other rhizobia. Similar analyses with 887 known functional genes or the whole pan genome of rhizobia revealed that only the phyletic distribution of functional genes was consistent with the species tree of rhizobia. Further evolutionary genetics revealed that recombination dominated the evolution of core genome. Taken together, our results suggested that faithfully vertical genes were rare compared with those with history of recombination including lateral gene transfer, although rhizobial adaptations to symbiotic interactions and other environmental conditions extensively recruited lineage-specific shell genes under direct or indirect control through the speciation process. 
 

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