空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)助力西北大學(xué)趙鵬教授團(tuán)隊(duì)揭示核桃果殼基因組變異和遺傳網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制

近日，西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院趙鵬教授團(tuán)隊(duì)在植物學(xué)領(lǐng)域國(guó)際知名期刊The Plant Journal（中科院1區(qū)top）在線發(fā)表了題為“Integrated multi-omics analyses provide new insights into genomic variation landscape and regulatory network candidate genes associated with walnut endocarp”的研究論文。

通過(guò)對(duì)多組學(xué)數(shù)據(jù)的深度整合分析，該研究全面探究了重要木本經(jīng)濟(jì)植物核桃（Juglans regia）及其近緣種在基因組層面的遺傳變異特征。同時(shí)，深入剖析了核桃果實(shí)發(fā)育過(guò)程中的轉(zhuǎn)錄代謝調(diào)控機(jī)制，揭示了表觀遺傳修飾以及空間轉(zhuǎn)錄調(diào)控在其中的關(guān)鍵作用，并對(duì)相關(guān)候選基因的功能進(jìn)行了系統(tǒng)分析。該研究為深入理解核桃果殼基因變異及其網(wǎng)絡(luò)遺傳調(diào)控機(jī)制提供了全新的視角和理論依據(jù)，為推動(dòng)核桃分子育種技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

百邁客生物為該研究提供了植物空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序服務(wù)。

研究背景

核桃（Juglans regia）是一種具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的堅(jiān)果油料樹種；其果實(shí)具有堅(jiān)硬的內(nèi)果皮/果殼以保護(hù)種子，這在其進(jìn)化過(guò)程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，而果殼厚度是核桃育種的一個(gè)重要性狀。然而，與核桃果殼發(fā)育相關(guān)的基因組景觀和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚未得到系統(tǒng)的闡明。

研究?jī)?nèi)容

該研究組裝注釋了核桃品種“香玲”的高質(zhì)量基因組，并構(gòu)建了涵蓋八個(gè)胡桃屬物種的圖形結(jié)構(gòu)泛基因組，以揭示基因組水平上的遺傳變異。重新測(cè)序了285份樣本，揭示了其群體基因組景觀變異圖譜。通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS），研究發(fā)現(xiàn)了19個(gè)與核桃馴化和改良過(guò)程中受到選擇的268多個(gè)位點(diǎn)相關(guān)的基因座。

通過(guò)對(duì)十一個(gè)發(fā)育階段的轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)、DNA甲基化和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)等多組學(xué)分析，揭示了多個(gè)與次生細(xì)胞生物合成和木質(zhì)素積累相關(guān)的候選基因，例如UGP、MYB308、MYB83、NAC043、NAC073、CCoAOMT1、CCoAOMT7、CHS2、CESA7、LAC7、COBL4和IRX12。在擬南芥（Arabidopsis thaliana）中過(guò)表達(dá)JrUGP和JrMYB308驗(yàn)證了它們?cè)谀举|(zhì)素生物合成和細(xì)胞壁加厚中的作用。

研究結(jié)論

植物的果實(shí)特征，包括核桃（Juglans）的堅(jiān)硬內(nèi)果皮，在種子傳播、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和遺傳多樣性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其中殼厚對(duì)核桃的生產(chǎn)和育種有著顯著影響。綜合多組學(xué)分析探究了核桃殼厚度這一關(guān)鍵性狀以及與木質(zhì)素積累和細(xì)胞壁增厚相關(guān)的內(nèi)果皮發(fā)育，為木本作物的遺傳學(xué)和調(diào)控機(jī)制提供了新的見解，助力基于基因組信息的改良育種策略。全面多組學(xué)研究結(jié)果為核桃的遺傳變異和內(nèi)果皮發(fā)育及果殼厚度的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控提供了新的見解，并為核桃品種改良的基因組信息育種策略提供了可能。

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