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)合研究團隊，歷經(jīng)6年，利用單分子實時測序(SMRT)和Hi-C技術(shù)，在國際上首次獲得了達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)量不足年消費量的20%，遠低于國際公認的安全保障線(30%)。從二十一世紀初起，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領(lǐng)域。在2013-2016年期間，馬來西亞、泰國和中國的研究團隊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化、為什么橡膠樹能高產(chǎn)膠乳以及橡膠樹在近一個世紀如何被馴化等問題，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)新團隊首席科學(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)合研究團隊，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，利用單分子實時測序(SMRT)和Hi-C技術(shù)，在國際上首次獲得了達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，研究進一步證實，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圖譜的構(gòu)建以及栽培橡膠樹馴化的認識，對中國未來橡膠優(yōu)異種質(zhì)資源的保護、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。(胡遠航)

關(guān)鍵詞： 巴西橡膠樹GT1