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Nature Communications|华中农大与热科院香料饮料研究所合作解析“香料之王”-胡椒染色体级参考基因组

更新时间:2019-10-18 17:25:28点击次数:713次字号:T|T

  2019年10月16日,国际学术期刊Nature Communications在线发表了华中农业大学与中国热带农业科学院香料饮料研究所、马来西亚科学院等7家单位合作完成的题为“The chromosome-scale reference genome of black pepper provides insight into piperine biosynthesis”的研究论文。这项研究是该校作物遗传改良国家重点实验室在植物基因组研究领域取得又一重要进展。作物遗传改良国家重点实验自2014年购置高性能计算机集群及DNA测序平台以来,形成完善的生物信息学分析能力,先后完成水稻、异源四倍体陆地棉和海岛棉、玉米等重要农作物高质量参考基因组图谱的构建,在植物基因组研究领域影响力显著提升。


  本研究绘制了我国胡椒栽培种“热引1号”染色体级别精细基因组图谱(木兰亚纲胡椒目首次报道基因组组装的物种),综合解读胡椒的基因组特征,物种进化位置,并进一步对胡椒碱合成代谢网络和关键基因及其基因家族进行深入研究,研究结果为被子植物演化及胡椒碱生物合成提供了新的见解。


  胡椒(Piper nigrum,2n = 52)是木兰亚纲(Magnoliids)胡椒目(Piperales)胡椒科(Piperaceae)胡椒属(Piper)的热带木质藤本植物。胡椒素有“香料之王”、“黑色黄金”的美誉,在人类历史文明进程中占有独特地位。在中世纪的欧洲,胡椒是社会地位和财富的象征,价比金银,可作为货币流通,胡椒贸易路线的拓展促成了新航路开辟、地理大发现等重要历史事件。如今,胡椒广泛种植于热带、亚热带30多个国家地区,已成为服务国家“一带一路”倡议的重要媒介作物。作者结合PacBio三代测序、10X Genomics、基于直接标记和染色(DLS)的BioNano单分子光学图谱和Hi-C染色体交互捕获四种测序技术,实现了胡椒染色体级别的组装。基于21个典型物种的比较基因组和系统发育分析,确定了胡椒及其所在木兰亚纲的系统发育位置,即木兰亚纲与整个单子叶-双子叶互为姐妹关系,胡椒目与木兰目-樟目互为姐妹关系,且大约在175-187 MYA(95% HPD)发生分歧。进一步通过基因家族扩增、比较转录组和序列进化分析,揭示了胡椒最主要的功能物质胡椒碱生物合成的特异性,初步阐述胡椒碱生物合成分子机理。


  该研究得到了科技部十三五重点研发计划项目的支持,是利用华中农业大学技术平台优势与热带地域优势、资源优势相结合提升行业影响力的体现,研究成果也为提升我国热带农业科技人员能力、服务国家“一带一路”倡议提供了新的合作思路。中国热带农业科学院香料饮料研究所胡丽松副研究员(华中农业大学棉花团队2011届博士毕业生)、华中农业大学棉花团队博士生许忠平为论文的共同第一作者。中国热带农业科学院香料饮料研究所郝朝运研究员、华中农业大学金双侠教授为论文的共同通讯作者。张献龙教授、美国爱荷华州立大学Jonathan Wendel 教授、美国宾夕法尼亚大学的Henry Daniell 教授、马来西亚Soonliang Sim 教授、英国杜伦大学Keith Lindsey教授等专家也参与本项目研究。

 

  原文链接 :https://www.nature.com/articles/s41467-019-12607-6