植物着丝粒研究获进展

来源：网络 2024-07-21 11:02

该研究以二倍体野生连翘为研究材料，整合PacBio HiFi、ONT ultra-long和Hi-C等测序技术以及多种组装策略完成了连翘的T2T gap-free基因组的组装。

着丝粒是真核生物染色体的重要结构。着丝粒功能异常导致染色体在细胞分裂中无法正确分离，从而影响植物的正常生长和发育。着丝粒的显著特征之一是其核小体含有H3组蛋白变体CENH3。近年来，科研人员通过编辑CENH3基因，在拟南芥、玉米和小麦中获得了单倍体诱导系。这展示了着丝粒研究在植物育种中的潜力。此外，着丝粒是人工合成染色体的关键组分。

因此，解析着丝粒的结构和功能是染色体生物学基础研究的重点，也是推进合成生物学发展的重要途径。中国科学院遗传与发育生物学研究所韩方普研究组致力于植物着丝粒生物学研究并取得进展。连翘是木犀科内的一种落叶灌木。连翘具有保持土壤水分的能力以及显著的抗寒和抗旱性，使其在丘陵地带和道路沿线的水土保持中得到应用。此外，连翘具有重要的药用价值。然而，连翘基因组研究取得了一些进展，但面临着挑战。

目前，大量未组装序列的存在是连翘基因组研究的主要障碍。该研究以二倍体野生连翘为研究材料，整合PacBio HiFi、ONT ultra-long和Hi-C等测序技术以及多种组装策略完成了连翘的T2T gap-free基因组的组装。研究发现连翘基因组大小为688.79 Mb、N50序列大小为48.48 Mb，并注释到33,932个编码基因。研究进行连翘着丝粒的序列、结构和功能分析。研究鉴定到编码连翘着丝粒特异组蛋白CENH3的基因，制备了特异识别CENH3蛋白的抗体，并通过染色质共沉淀并结合二代测序的方法，确定了连翘着丝粒的位置和大小。

同时，研究通过分析结合荧光原位杂交技术，鉴定连翘着丝粒区特异重复序列，发现连翘的着丝粒区具有高度复杂的卫星重复序列结构。与拟南芥、玉米和水稻等主要由单一卫星重复序列组成的着丝粒不同，连翘的着丝粒区包含多种不同长度和类型的卫星重复序列，也就是说，既有特异于单一染色体着丝粒区的卫星重复序列，又有特异于几对染色体着丝粒区的卫星重复序列，甚至存在分布于所有染色体着丝粒区的卫星重复序列。复杂的卫星重复序列结构表明连翘的着丝粒区在基因组组织和功能上可能具有独特性质和调控机制，这对于探讨连翘的染色体分离机制以及基因组稳定性具有重要意义。

此外，该工作通过评估着丝粒区域内全长长末端重复序列（LTR）的插入时间，发现这些LTR的年龄比整个基因组范围内的LTR更为古老，与其他物种中着丝粒逆转录转座子通常较年轻的观察结果形成对比。鉴于连翘主要进行无性繁殖，该研究推断无性繁殖可能影响逆转录转座子侵入的动态，进而塑造了连翘着丝粒特有的演化过程。

相关研究成果以The gap-free genome of Forsythia suspensa illuminates the intricate landscape of centromeres为题，发表在《园艺研究》（Horticulture Research）上。研究工作得到国家的支持。该工作由遗传发育所和内蒙古师范大学合作完成。

连翘基因组组装

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