-
生物通官微
陪你抓住生命科技
跳动的脉搏
科学家破译了本氏烟草(Nicotiana benthamiana)95.6%的基因组
【字体: 大 中 小 】 时间:2023年02月10日 来源:Plant and Cell Physiology
编辑推荐:
日本名古屋大学的一个研究小组使用最新的一代测序技术绘制了N. benthamiana烟草植物基因组中的几乎所有基因。他们的发现为这种植物独特的嫁接能力提供了见解,这种能力使它能够嫁接到其他植物科。
图片:研究人员解码了benthamiana(烟草植物)95.6%的基因组
来自茄科的benthamiana烟草(nictiana benthamiana)是植物科学中使用最广泛的实验模型之一。2020年,日本名古屋大学的一个研究小组报告说,N. benthamiana可以与来自不同科的植物嫁接,展示了一种许多研究人员认为不可能的罕见能力。现在,同一研究小组已经使用新一代测序技术来解码N. benthamiana烟草植物基因组中的所有基因。他们的发现为植物如何能够进行这种嫁接提供了见解。
benthamiana的基因组结构一直是一个谜。它复杂的基因组是由于杂交而出现的,这意味着它的染色体来自两种植物。杂交事件发生在大约1000万年前两个密切相关的植物物种之间:父系Sylvestres和母系Tomentosae。更复杂的是,它继续进化,经历了几次杂交事件。
由于benthamiana等植物的基因组非常大,研究人员很难利用现有技术对其进行完整的分析。因此,为了更有效地研究它,科学家们将其切割成更小的片段进行测序,创建了所谓的DNA文库。对DNA片段文库进行下一代测序后得到的短序列称为reads。然后,这些序列使用它们的重叠区域进行组装,以创建更大的序列,称为contigs。已知contigs中碱基的顺序,可以使用此信息连接contigs以创建称为scaffold的更长的序列。
虽然已经尝试通过将N. benthamiana基因组分割成141,000个支架来分析它,但其复杂的复制结构使染色体结构不清晰,分子遗传分析困难。就像拼图一样,由少量拼图块组成的完整拼图比由141,000块拼图块组成的拼图更容易想象。
“N.Benthamiana有一个复杂的基因组结构。由于其复杂性,只有零碎的DNA信息是已知的,这是遗传研究的一个障碍,”该研究的主要作者Michitaka Notaguchi副教授解释道。“许多事情都是未知的,包括基因之间的状态和基因表达调控区域的序列信息,这对进一步的遗传分析造成了障碍。”
由特约讲师Kenichi Kurotani和名古屋大学生物科学和生物技术研究中心的Notaguchi领导的研究小组,与国立遗传研究所的大规模遗传信息实验室和Kazusa DNA研究所合作,对N. benthamiana的大部分基因组进行了测序。利用最新的下一代测序技术,研究人员在染色体水平上尽可能仔细地观察。这使他们能够比以往任何时候都更早地追溯该物种的遗传历史。
研究人员对总基因组进行了95.6%的测序,并能够获得1668个支架,比以前的研究少得多,使“拼图游戏”更容易构建。在这些支架中,有21个较大的支架是整个染色体的大小。
发现N. benthamiana具有复杂的杂交亲本种基因组序列的混合。基因组序列是如此相互关联,以至于不可能清楚地区分它们,这表明了杂交的古老起源。他们估计N. benthamiana和相关的N. tabacum可能在300万到700万年前转移。
“这项研究通过提供基因表达调控区域序列、染色体连接和基因数量的最新信息,极大地促进了benthamiana的遗传分析。这方面的信息一直缺乏,”黑谷解释道。“这次基因组解码将促进基因组编辑技术的应用,预计未来将用于植物研究。应加快植物科学研究,开发更有效的利用方法,充分利用本草及其独特的嫁接能力。现在,通过基因组测序,所有的信息都已经被揭示出来,因此更容易将N. benthamiana作为研究对象。”
本工作得到了科学研究资助基金(22K06181, 21H00368, 21H05657, 20H03273),日本科学技术厅(JPMJPR194G)和新能源与工业技术开发组织(JPNP20004)的支持。