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科研进展

昆明植物所利用第二代高通量测序仪首次解析麻竹花的转录组

文章来源:种质资源库  |  发布时间:2012-08-16  |  作者:张雪梅  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

竹亚科 (Bambusoideae) 隶属于禾本科 (Poaceae),与稻亚科 (Ehrhartoideae)、早熟禾亚科 (Pooideae) 共同构成了BEP分支。竹亚科包括木本竹种和草本竹种两大类。其中,木本竹种主要分布在亚洲、南美洲和非洲的热带低地至亚热带高山地区,长期以来一直是亚洲地区人民赖以生存的重要经济植物,而且它们中的多数物种具有重要的生态意义,例如,为大熊猫、山地大猩猩、狐猴、山地紫羚、世上最小的蝙蝠(Tylonycteris pachypus)、最稀有的龟(Geochelone yniphora)等珍稀濒危动物提供食物或栖息地。全球目前有接近一半的木本竹类正受到严重威胁,甚至濒临灭绝。此外,木本竹种具有终生只开花一次,且开花周期长而难以预测(3年至150年)以及花粉败育或不育等特征,使得其繁育计划难以实施。由于取样困难和基因组信息的缺乏,相关的研究受到了很大限制,目前仅少数几个与竹子开花相关的基因被克隆以及通过组织培养诱导竹种开花有报道,而有关竹子繁殖发育的遗传控制研究还属空白。因此,研究木本竹种开花和花发育的机理对于缓减其濒危现状、挽救依赖于这些竹子的动物乃至人类自身都具有重要理论和实践意义。

中国科学院昆明植物研究所郭振华研究组和李德铢研究组多年来致力于竹子的繁殖和开花机理研究。最近,利用高通量的Illumina GAII 测序平台,对木本竹种麻竹(Dendrocalamus latiflorus)不同发育时期的花组织进行了转录组测序。测序共产生了约96,000,000个reads,经de novo 从头组装后共得到了146,395个高质量的unigene,平均长度为461 bp。经生物信息学比对,发现有80,418个unigene与公共数据库中已注释的序列同源;发现了分属于81个转录因子家族的基因。进一步运用plant-specific GO slims 数据库和the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway 数据库注释,发现了大量的具有特定功能的基因,如47个与花发育相关的基因,16个与授粉相关的基因,470个与压力响应相关的基因,429个与信号转导相关的基因以及25个与调控及表观遗传相关的基因等,以及重要的遗传通路,如戊糖和磷酸盐通路、苯丙氨酸代谢通路、类胡萝卜素合成通路、类黄酮合成通路、油菜素甾醇合成通路等。将测序所用的花组织划分为两个时期,时期1(花芽长度小于或等于5 mm)和时期2(花芽长度大于5 mm),发现了两个时期的转录组序列分布和功能的差异,这些差异与它们在两个不同发育时期所起的作用相符。此外,令人惊喜的是,本研究还发现了290个可能与开花时间控制相关的基因。

该研究首次对竹子的花转录组进行了广泛而深入的剖析,产生的大量序列和功能数据为深入研究竹子开花和花发育过程中基因的表达和调控机理提供了重要的基础。

上述研究结果以“De Novo Sequencing and Characterization of the Floral Transcriptome of Dendrocalamus latiflorus (Poaceae: Bambusoideae)”为题发表于《公共科学图书馆-综合(PLoS ONE)》上 [Xue-Mei Zhang, Lei Zhao, Zachary Larson-Rabin, De-Zhu Li, Zhen-Hua Guo (2012) PLoS ONE 7(8): e42082],文章链接为:http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0042082

该研究得到了中国科学院知识创新工程项目(KSCX2-YW-N-067)、国家自然科学基金项目(30990244)、NSFC-云南省联合基金项目(U1136603)、教育部留学回国人员科研启动基金和云南省中青年学术和技术带头人基金(2008PY065)、云南省创新团队和中国科学院西部之光人才培养计划(2010312D11035)的支持。

 测序组织材料示意图。A、时期1花组织(花芽长度≤ 5 mm);B–F、时期2花组织(花芽长度>5 mm);B、雌蕊和雄蕊未露期;C、仅雌蕊露出时期;D、雌雄蕊均露出时期;E、花药开裂时期;F、进入衰老期的花。

 


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