記者16日從中國科學(xué)院昆明植物研究所獲悉，由該所及云南省熱帶作物科學(xué)研究所、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)基因組學(xué)與生物信息學(xué)研究中心組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)6年，利用單分子實(shí)時測序(SMRT)和Hi-C技術(shù)，在國際上首次獲得了達(dá)到染色體級別的高質(zhì)量巴西橡膠樹優(yōu)良品種GT1的參考基因組序列，并揭示大戟植物基因組的染色體進(jìn)化、膠乳生物合成與橡膠樹的馴化。

橡膠樹是大戟科植物，原產(chǎn)南美洲巴西的亞馬遜河流域，歷史記載其馴化始于1896年，然后向馬來西亞、印度尼西亞和泰國等國家傳播。在植物界大約2500種產(chǎn)膠植物中，橡膠樹產(chǎn)生的以聚異戊二烯為主要功能成分的天然膠乳，約占全球天然橡膠的98%以上。中國的橡膠種植面積達(dá)114萬公頃，居亞洲第三位(僅次于印度尼西亞和馬來西亞)，但天然橡膠年產(chǎn)量不足年消費(fèi)量的20%，遠(yuǎn)低于國際公認(rèn)的安全保障線(30%)。從二十一世紀(jì)初起，云南的橡膠樹種植總面積、總產(chǎn)量和單位面積產(chǎn)量均居中國首位。

科研人員介紹，巴西橡膠樹的種質(zhì)資源與基因組學(xué)研究是國際上競爭激烈的熱點(diǎn)領(lǐng)域。在2013-2016年期間，馬來西亞、泰國和中國的研究團(tuán)隊(duì)利用二代或者二代與三代測序雜合組裝技術(shù)共發(fā)表了4張橡膠樹的基因組草圖。然而，大戟科植物基因組的染色體如何進(jìn)化、為什么橡膠樹能高產(chǎn)膠乳以及橡膠樹在近一個世紀(jì)如何被馴化等問題，仍是產(chǎn)膠植物研究中長期懸而未決的重大科學(xué)問題;橡膠樹的高產(chǎn)、抗病、抗旱、抗寒等重要經(jīng)濟(jì)性狀的基因組選擇育種與優(yōu)異基因資源的發(fā)掘利用，也亟需獲得達(dá)到染色體級別的高質(zhì)量橡膠樹參考基因組圖譜。

熱帶作物種質(zhì)資源與基因組學(xué)云南省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家、中科院昆明植物研究所研究員高立志帶領(lǐng)的云南省熱帶作物科學(xué)研究所、中國科學(xué)院昆明植物研究所和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)基因組學(xué)與生物信息學(xué)研究中心的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)6年，與華大基因、美國華盛頓大學(xué)、哈佛大學(xué)等單位合作，在完成了二代基因組測序與組裝的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步克服了橡膠樹基因組龐大、高雜合與高重復(fù)等困難，利用單分子實(shí)時測序(SMRT)和Hi-C技術(shù)，在國際上首次獲得了達(dá)到染色體級別的高質(zhì)量巴西橡膠樹優(yōu)良品種GT1的參考基因組序列。

與以前發(fā)表的基因組草圖比較，基因組學(xué)分析表明：該研究獲得的基因組圖譜在組裝準(zhǔn)確性與完整性上都得到了極大的提升，將組裝獲得的約1.47Gb的基因組序列掛載到了18條假染色體上。同時，研究進(jìn)一步證實(shí)，在木薯屬與橡膠屬分化之前二者共同的祖先發(fā)生過古多倍化事件;通過染色體水平上的比較基因組學(xué)分析首次構(gòu)建了大戟植物的染色體演化模型;通過對該高質(zhì)量的橡膠樹參考基因組序列的分析發(fā)現(xiàn)，在與木薯分化之后，橡膠樹基因組在最近的一千萬年以來有三個LTR逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子家族發(fā)生了快速爆發(fā)，使得橡膠樹基因組增大了890Mbp(約60.44%);該研究鑒定得到與整個膠乳生物合成相關(guān)基因家族，并解析了膠乳生物合成途徑及重要基因的表達(dá)式樣，發(fā)現(xiàn)與基礎(chǔ)代謝過程、乙烯生物合成以及與乳膠停排相關(guān)的多糖和糖蛋白凝集素活動相關(guān)基因的顯著擴(kuò)張。

此外，該研究還構(gòu)建了第一張代表性野生和栽培橡膠樹的基因組變異精準(zhǔn)圖譜，獲得約1570萬個高質(zhì)量的SNPs。盡管橡膠樹僅有一個多世紀(jì)的的馴化歷史，該研究鑒定到數(shù)百個與馴化相關(guān)的候選基因，它們在栽培橡膠樹中比起野生橡膠樹具有極低的基因組多樣性，其中有些基因與膠乳的生物合成密切相關(guān)。

巴西橡膠樹這一重要參考基因組的獲得、膠乳生物合成代謝通路的解析、栽培和野生橡膠樹基因組變異精準(zhǔn)圖譜的構(gòu)建以及栽培橡膠樹馴化的認(rèn)識，對中國未來橡膠優(yōu)異種質(zhì)資源的保護(hù)、發(fā)掘與育種利用具有重要意義。

該成果以“The Chromosome-based Rubber Tree Genome Provides New Insights into Spurge Genome Evolution and Rubber Biosynthesis ”為題發(fā)表在國際植物學(xué)頂尖刊物Molecular Plant。(胡遠(yuǎn)航)

關(guān)鍵詞： 巴西橡膠樹GT1