中科院、華大基因Nature子刊測序新成果

　　來自中科院遺傳與發育生物學研究所、深圳華大基因研究院和亞利桑那大學等機構的研究人員完成了對短花藥野生稻(Oryza brachyantha)的全基因組測序，并揭示出了稻屬基因組進化的機制。相關成果發表在3月12日的《自然通訊》(Nature Communications)雜志上。

　　中科院遺傳與發育生物學研究所的陳明生(Mingsheng Chen)研究員、華大基因研究院的王俊(Jun Wang)教授和亞利桑那大學的Rod A. Wing教授為這篇論文的共同通訊作者。

　　以全面測序模式生物基因組為基礎的比較基因組學獲得了一些關于基因和基因組進化的認識。在植物中，全基因組復制、轉座因子和序列重排使得基因組組構復雜化。甚至如擬南芥屬或稻屬中的近緣物種其基因組大小、基因數量和基因共線性也存在顯著的波動。到目前為止，主要是在一個遠程進化時間范圍內全面測序植物基因組，限制了推論基因組改變機制的能力。而比較分析短進化時間范圍內，尤其是相同屬中同源區域或全基因組序列，帶來了對自然、基因組重排率和機制的新認識。

　　沿著大約1500萬年的進化階梯，稻屬(genus Oryza)包含了24個物種，是研究植物基因組進化的一個理想模型。稻屬基因進化的進化標記隨不同位點而改變，表明需要對這些稻屬進行全基因組比較。短花藥野生稻被定義為F基因組型，是稻屬的基本譜系。與水稻(rice)和其他稻屬基因組相比，它包含一組不同的重復序列。它緊湊的基因組和獨特的系統發育位置使其更接近于稻屬基因組的祖先狀態。因此比較短花藥野生稻和水稻基因組將為我們提供一個獨特的機會，探索稻屬基因組進化的基因組改變及潛在機制。

　　在這篇文章中，研究人員利用全基因組鳥槍法結合細菌人工染色體(BAC)為基礎的物理圖譜，裝配出了大小約為261?Mb的短花藥野生稻全基因組序列。發現這一緊湊基因組包含不到30%的重復元件，長末端重復反轉錄轉座子活性較低，且有大量的古老長末端重復元件被刪除。

　　研究人員在短花藥野生稻基因組中注釋了32,038個蛋白質編碼基因，70%定位在對照水稻基因組的共線位置。其蛋白質編碼基因遠少于水稻，表明馴化水稻基因組中存在大量的基因家族擴增，串聯基因重復和基因轉移是導致水稻基因組基因家族擴增的原因。此外，研究結果表明，水稻基因組中常染色質向異染色質轉變過程伴隨有片段重復及串聯重復，轉座因子插入進一步擴大了這一轉變。分析非共線性基因斷點表明，通過非同源性末端連接導致的雙鏈斷裂修復在短花藥野生稻基因組的基因移動和共線性消蝕(erosion)中發揮了重要作用。

　　新研究為我們提供了高質量的短花藥野生稻參考基因組序列，為開展稻屬功能及進化研究提供了一個重要及寶貴的資源。