研究揭示結構變異對番茄基因表達和作物改良的影響

2020-12-04 科學網

研究揭示結構變異對番茄基因表達和作物改良的影響

作者:

小柯機器人

發布時間:2020/6/18 22:07:06

近日,美國冷泉港實驗室Zachary B. Lippman和約翰·霍普金斯大學Michael C. Schatz小組合作,揭示了廣泛結構變異(SV)對番茄基因表達和作物改良的主要影響。 這一研究成果於2020年6月17日在線發表在《細胞》上。

研究人員使用長讀納米孔測序技術對100種不同番茄品系中238,490個SV進行了探究。該panSV基因組連同14個新的參考程序集,揭示了各種基因型的大規模混合以及成千上萬個與基因和順式調控區相交的SV。數百個SV基因對表現出微妙而顯著的表達變化,可能廣泛影響數量性狀的變異。

通過將定量遺傳學與基因組編輯相結合的方法,研究人員揭示了多種SV基因劑量和表達水平的改變是如何改變果實的風味、大小和產量。在最後一個示例中,影響三個相關轉錄因子的四個SV中,具有較高上位性的SV允許在現代番茄中引入重要的產量性狀。該研究揭示了SV在基因型與表型關係中尚未探索的作用,以及它們在作物改良中的重要性和實用性。

據介紹,SV是作物改良和性狀馴化的重要基礎。但是,揭示SV的範圍、多樣性和定量影響一直是一項挑戰。

附:英文原文

Title: Major Impacts of Widespread Structural Variation on Gene Expression and Crop Improvement in Tomato

Author: Michael Alonge, Xingang Wang, Matthias Benoit, Sebastian Soyk, Lara Pereira, Lei Zhang, Hamsini Suresh, Srividya Ramakrishnan, Florian Maumus, Danielle Ciren, Yuval Levy, Tom Hai Harel, Gili Shalev-Schlosser, Ziva Amsellem, Hamid Razifard, Ana L. Caicedo, Denise M. Tieman, Harry Klee, Melanie Kirsche, Sergey Aganezov, T. Rhyker Ranallo-Benavidez, Zachary H. Lemmon, Jennifer Kim, Gina Robitaille, Melissa Kramer, Sara Goodwin, W. Richard McCombie, Samuel Hutton, Joyce Van Eck, Jesse Gillis, Yuval Eshed, Fritz J. Sedlazeck, Esther van der Knaap, Michael C. Schatz, Zachary B. Lippman

Issue&Volume: 2020-06-17

Abstract: Structural variants (SVs) underlie important crop improvement and domestication traits.However, resolving the extent, diversity, and quantitative impact of SVs has beenchallenging. We used long-read nanopore sequencing to capture 238,490 SVs in 100 diversetomato lines. This panSV genome, along with 14 new reference assemblies, revealedlarge-scale intermixing of diverse genotypes, as well as thousands of SVs intersectinggenes and cis-regulatory regions. Hundreds of SV-gene pairs exhibit subtle and significant expressionchanges, which could broadly influence quantitative trait variation. By combiningquantitative genetics with genome editing, we show how multiple SVs that changed genedosage and expression levels modified fruit flavor, size, and production. In the lastexample, higher order epistasis among four SVs affecting three related transcriptionfactors allowed introduction of an important harvesting trait in modern tomato. Ourfindings highlight the underexplored role of SVs in genotype-to-phenotype relationshipsand their widespread importance and utility in crop improvement.

DOI: 10.1016/j.cell.2020.05.021

Source: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30616-4

Cell:《細胞》,創刊於1974年。隸屬於細胞出版社,最新IF:36.216

相關焦點

  • 茄科植物改良策略對草莓產量和品質改良的啟發
    早期的育種做法降低了它的遺傳多樣性,儘管後來通過與兩個野生親本種雜交擴大了遺傳多樣性(目的是改良其性狀及對環境氣候的適應性),但是漫長的馴化選擇依然讓草莓的遺傳基礎越來越薄弱,嚴重影響了現有草莓栽培品種的改良工作。同時,多倍體物種基因變異的識別和選擇的困難要遠遠大於二倍體物種。
  • 海大團隊發表水稻二萜代謝研究成果 為作物遺傳改良提供新資源
    海南日報海口12月8日訊 (記者陳蔚林 實習生王夢洋)海南日報記者12月8日從海南大學獲悉,日前,該校教授羅傑團隊在期刊《自然—植物》上發表文章,揭示了水稻單環二萜基因簇自然變異的生化基礎及其在水稻抗病方面的作用,為作物遺傳改良提供了新資源。據悉,植物次生代謝對植物抵禦各種生物與非生物脅迫至關重要。
  • 作科所從全基因組水平揭示了lncRNA調控水稻重要農藝性狀變異的...
    來源:經濟日報近日,中國農業科學院作物科學研究所水稻優異種質資源發掘與創新利用創新團隊、作物基因組選擇育種創新團隊和華盛頓聖路易斯大學的肯·奧爾森(Ken Olsen)團隊合作完成了水稻(亞洲栽培稻)及其祖先種(普通野生稻)非編碼區長鏈非編碼
  • @三亞,海大團隊發表水稻二萜代謝研究成果 為作物遺傳改良提供新資源
    海南日報海口12月8日訊 (記者陳蔚林 實習生王夢洋)海南日報記者12月8日從海南大學獲悉,日前,該校教授羅傑團隊在期刊《自然—植物》上發表文章,揭示了水稻單環二萜基因簇自然變異的生化基礎及其在水稻抗病方面的作用,為作物遺傳改良提供了新資源。  據悉,植物次生代謝對植物抵禦各種生物與非生物脅迫至關重要。
  • 作物基因組學研究進展
    2.2小麥基因組研究小麥是全球最重要的糧食作物之一,小麥的穩產和增產對我國乃至全世界糧食安全的影響舉足輕重。近年來由於全球氣候變化、環境變化的影響,小麥生產面臨嚴峻的挑戰,對於小麥的育種和品種改良工作提出了新的要求。
  • ...變大的秘密——番茄遺傳研究的重要成果於《自然 遺傳學》雜誌...
    中國農業科學院蔬菜花卉所研究員、深圳農業基因組所副所長黃三文領導的國際番茄變異組研究團隊通過對世界各地的360份番茄種質進行了重測序分析,構建了完整的番茄遺傳變異組圖譜,為揭示番茄的進化歷史、基因挖掘和分子育種奠定了基礎。最新研究成果以長篇幅論文在線發表於10月13日的《Nature Genetics(自然 遺傳學)》雜誌。
  • 找到番茄種子萌發基因
    本報訊(記者李晨)近日,華中農業大學園藝植物生物學教育部重點實驗室番茄團隊鑑定了番茄種子萌發基因MAPK11,揭示了該基因控制番茄種子萌發的分子機理,為種子萌發研究提供了新的視角。相關論文刊登於《實驗植物學雜誌》。種子是生命的起始,對植物的生命進程具有重要的作用。種子通過感知外界的環境變化打破休眠開始生命進程,從而幫助植物躲避不利的環境條件。
  • 「十三五」農業十大科技成果⑧ | 黃瓜番茄白菜等蔬菜基因組學研究...
    「十三五」農業十大科技成果⑧ | 黃瓜番茄白菜等蔬菜基因組學研究利用國際領先 2020-12-01 14:00 來源:澎湃新聞·澎湃號·媒體
  • 遺傳發育所揭示DNA甲基化在大豆馴化改良中的變異機制
    作物馴化是農業發展中最重要的事件之一。通過對野生作物的不斷馴化改良,人類才得以獲得符合生產生活需要的現代作物。馴化改良過程就是對作物群體基因組多樣性進行選擇的過程。目前對作物馴化改良的研究主要集中在對遺傳變異的選擇,在DNA水平鑑定到了大量的馴化選擇區間。
  • 植物株型發育新機制 揭示如何調控基因表達
    研究發現黃瓜卷鬚發育的身份基因TCP家族的轉錄因子—TEN調控黃瓜卷鬚發育和運動的分子機制,揭示了基因內部結合的轉錄因子如何調控基因表達,為深入認識株型發育的基因調控網絡提供了重要的突破。人工去除卷鬚費時費工,因此培育適合輕簡化栽培的無卷鬚品種,成為黃瓜株型改良的重要方向。該團隊前期研究克隆了控制卷鬚發育的身份基因TEN,並揭示了黃瓜卷鬚同源器官是側枝。  TEN屬於TCP家族中CYC/TB1類的轉錄因子,通過對TEN調控卷鬚的形態發育和運動能力的分子機制的研究,作者們發現了TEN通過直接調控乙烯的合成來控制卷鬚的形態和攀援。
  • 我國兩家科研機構分別揭示了蟠桃成型的遺傳奧秘
    該研究提供了336個桃基因組的202,273個基因組結構變異SVS的整合圖譜。整合後的桃SV圖譜和已確定的候選基因和變異體為今後桃基因組研究和育種提供了有價值的資源。結構變異(structural variations,SV)廣泛存在於基因組中,包括插入/缺失(Indels)、複製、倒置和易位。在人類中,結構變異為鑑定參與重要生物過程的基因提供了廣泛的遺傳變異來源。
  • 水稻二萜代謝研究成果發表 為作物遺傳改良提供新資源
    本報海口12月8日訊 (記者陳蔚林 實習生王夢洋)海南日報記者12月8日從海南大學獲悉,日前,該校教授羅傑團隊在期刊《自然—植物》上發表文章,揭示了水稻單環二萜基因簇自然變異的生化基礎及其在水稻抗病方面的作用
  • 利用三代變異檢測技術研究番茄馴化位點一個重複片段中和了一種...
    Nanopore 測序技術精確診斷出一段長達 7Kb 的缺失突變並明確了結構變異的來源,再到2019年利用 PacBio 測序技術系統揭示人類基因組中結構變異的特徵和影響。現在介紹發表雜誌Nature Plants 上的一篇名為Duplication of a domestication locus neutralized a cryptic variant that caused a breeding barrier in tomato(番茄馴化位點一個重複片段中和了一種影響番茄育種障礙的隱秘變異)的論文。
  • 基因研究揭示玉米遺傳多樣性及進化機制
    據華大基因最新消息,由冷泉港實驗室、加州大學戴維斯分校、深圳華大基因研究院、康奈爾大學、墨西哥國際玉米和小麥改良中心等全球17所科研機構合作完成的兩項玉米基因組學研究成果於6月4日同期發表在國際權威雜誌《自然-遺傳學》(Nature Genetics)上。
  • 朱健康/黃三文合作團隊發現番茄馴化導致耐鹽性降低的分子遺傳機制
    淡水資源的過度利用導致耕地鹽鹼化加重,嚴重影響作物的生長和產量。現代農業通過提高作物的耐鹽性來保證高產、高效的農業生產,從而解決人口增加帶來的糧食匱乏問題【1】。番茄是全球廣受歡迎的蔬菜,在農業經濟和糧食生產中佔據重要地位【2】。
  • 基因組測序揭示結構變異影響桃農藝性狀形成的機制
    近日,中國農業科學院鄭州果樹研究所王力榮研究團隊聯合美國康奈爾大學、紐西蘭植物與食品皇家研究院及華中農業大學繪製了桃全基因組結構變異圖譜,並揭示了基因組結構變異在桃馴化、改良及農藝性狀形成中的重要角色,相關成果發表在國際基因組學重要期刊《基因組生物學》(Genome Biology)上。
  • 西紅柿中發現跳躍基因這可能加速作物育種,提高抗旱性等性狀
    劍橋大學塞恩斯伯裡實驗室和植物科學系的研究人員發現,乾旱脅迫觸發了一系列跳躍基因的活性,該基因以前已知會促進番茄的果實形狀和顏色。它們是性狀多樣性的強大驅動力,儘管我們一直在利用這些性狀來世代改良我們的作物,但現在我們開始了解其中涉及的分子機制。轉座子,通常被稱為跳躍基因,是可移動的DNA代碼片段,可以將自身複製到基因組中的新位置-生物體的遺傳密碼。它們可以改變,破壞或擴增基因,或完全沒有作用。
  • 研究揭示TAD結構在調控基因表達中的作用
    研究揭示TAD結構在調控基因表達中的作用 作者:小柯機器人 發布時間:2019/8/5 16:05:22 近日,德國馬克斯·普朗克分子遺傳學研究所Daniel M.
  • 群體水平揭示玉米DNA甲基化變異對表型的貢獻 | Genome Biology
    論文標題:Population-level analysis reveals
  • 在植物抗逆、表觀遺傳和基因編輯領域新進展
    研究表明,miR396及其靶基因GRF(Growth-Regulating Factor)可以調控植物生長發育的各個方面。miR396還可以通過調節籽粒大小和穗部結構影響作物產量,同時,在番茄中的研究發現,miR396負調控果實大小。但是miR396在水稻生長中的確切作用和潛在機制尚不完全清楚。