南京農大構建世界首個植物重復基因數據庫

圖片說明：植物界不同類型重復基因含量分布及其隨時間變化規律

　　2月21日，南京農業大學園藝學院教授張紹鈴團隊在國際著名學術期刊Genome Biology在線發表研究論文，系統鑒定了梨等141種植物基因組中不同類型重復基因，構建世界首個植物重復基因數據庫，揭示重復基因進化的普遍規律。

　　植物在千百年的進化中，怎樣變得越來越多姿多彩？一個重要因素就是植物會復制自己基因，豐富自己的基因庫數量。團結起來力量大，多了自己的“同胞胎”兄弟姐妹，基因在生物體中就“聲勢”壯大了，不僅能抵御外界復雜多變的環境，還能增加進化變異機會，實現物種分化和多樣性。

　　以往研究發現，有的植物有復制自己基因的功能，即通過不同類型復制方式產生一個與原基因序列相同的新基因。基因復制產生的兩個同源基因稱為重復基因或“姊妹基因”。近年來，越來越多的植物基因組被破譯，目前已經完成全基因組測序的植物超過200種，但仍缺乏一個具有廣泛適用性的鑒定不同種類植物重復基因的方法。

　　該團隊前期系統鑒定梨基因組中重復基因的基礎上，開發了一個具有普遍適用性的生物信息學方法（命名為DupGen_finder），用于鑒定植物界中不同種類植物基因組中的重復基因。深入分析141種植物基因組中重復基因含量隨時間變化規律發現，基因串聯復制和鄰近復制在植物漫長的進化過程中始終保持較高的發生頻率，為植物適應復雜多變的外界環境提供了源源不斷的遺傳變異材料。

　　同時該研究揭示，基因組加倍發生后的較短時間內，重復基因之間發生高頻率的基因置換（geneconversion），隨著時間的推移，重復基因之間會發生廣泛的時空表達分化。最后，利用141種植物基因組中包含的所有蛋白序列構建了大規模的植物直系同源基因家族（86,831）。

　　此外，通過大規模收集整合國內外植物基因組數據資源，構建了世界首個植物重復基因數據庫（PlantDGD，http://pdgd.njau.edu.cn:8080），目前已收錄141種完成基因組測序的植物，包含大豆、水稻、小麥、玉米等大宗糧食作物，以及梨、桃、葡萄、蔬菜、花卉等園藝作物，并將拓展為植物相關的所有類別。該數據庫將為深入研究重復基因的進化機制提供寶貴的數據資源。

　　該研究成果以南京農業大學為第一完成單位，園藝學院博士生喬鑫為論文第一作者，南京農業大學教授張紹鈴和美國佐治亞大學教授Andrew H.Paterson為共同通訊作者；并得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金重點項目、美國國家科學基金等項目的資助。