黃來強教學獨特掌管實現天下首個蘭花全基因組測序

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清華大學深圳研究生院黃來強教授共同掌管完成天下首個蘭花全基因組測序

揭曉《天然•遺傳》封面文章獲特殊推介

　　清華新聞網11月28日電 11月24日，清華大學深圳研究生院性命與安康學部生物醫藥研究中心、深圳市基因與抗體醫治重點實驗室和安康科學與技術國家重點試驗室（籌）主任黃來強教授團隊與國家蘭科中心主任劉仲健教授團隊等合作在國際頂尖學術期刊Nature Genetics（《自然•遺傳》）在線揭橥了題為The genome sequence of the orchid Phalaenopsis equestris（蘭科植物小蘭嶼蝴蝶蘭的全基因組序列）的論文，頒布世界首個蘭科植物全基因組序列及分析結果。同時本文被選定為Nature Genetics期刊封面文章并將于近期印刷出書。

　　這是“蘭花基因組打算”獲得的最新嚴重研究結果，由清華大學深圳研究生院黃來強傳授和國家蘭科植物種質資本掩護中心暨深圳市蘭科植物維護研究中央（簡稱國家蘭科核心）劉仲健教授共同發動和主導，結合中國迷信院植物研究所、臺灣勝利大學、比利時根特大學、深圳華大基因研究院、華南農業大學林學院等多個研究機構構成的國際團隊協作攻關實現。黃來強教授和劉仲健教學等為本論文的共同通信作者；黃來強教授的清華大學博士后蔡晶（與國度蘭科中央劉仲健教授聯合培育領導）、清華大學博士生劉可為等為獨特第一作者。

　　本研究論文（Article長文）遭到Nature雜志社各類情勢的重點推介。在11月18日提早一周面向在Nature雜志社注冊掛號的寰球媒體的消息宣布中，將本文選為亮點文章（Press Release Featured Highlights）撰文推介。論文上線頒發后，本文題要被配圖登在Nature Genetics主頁的頭條地位；選為Nature子刊亮點（Research Journal Highlights） 登在Nature網站。

　　Nature Genetics（《做作•遺傳》，或譯《天然•遺傳學》），創刊于1992年，近5年影響因子平均34.21，是Nature有名的子刊。

圖為小蘭嶼胡蝶蘭。

　　蘭科植物（蘭花）作為植物界品種最豐碩的家族之一，是植物多樣性保護的旗號物種，素有“植物界大熊貓”之稱。蘭花具備紛紛龐雜的形態和特征，奇特的吸引蟲豸完成傳粉的機制，吸引了自達爾文以來有數的演化生物學家和植物學家對蘭花停止大量過細的察看和研究。全球大量的蘭花喜好者也陶醉于這個至今仍一直有新物種發現的植物大師族。但是蘭花生物多樣性及退化的遺傳基礎，是哪些基因致使蘭花演化出如斯豐盛的多樣性，始終是懸而未決的成績。

　　本研究拔取擁有代表性和重要園藝代價的小蘭嶼蝴蝶蘭進行全基因組測序，經由數年的盡力，戰勝了高雜合度等技巧困難，完成了整基因組序列的組裝和分析，取得了高精度的基因組序列圖譜和大量的基因信息,清華新聞。

圖為景天酸光配合用代謝(CAM)道路及基因退化圖。

　　上半部門為暗反響、下半局部為光反映代謝途徑，五角星表現該基因家族曾發生太重復或喪失。CA: carbonic anhydrase碳酸酐酶；CC: Calvin Cycle卡爾文輪回；PEP: phosphoenolpyruvic acid磷酸烯醇丙酮酸；PEPC: phosphoenolpyruvate carboxylase磷酸烯醇丙酮酸羧化酶；PPCK: phosphoenolpyruvate carboxykinase磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶；MDH: malate dehydrogenase蘋果酸脫氫酶；ME: malic enzyme蘋果酸酶；PPDK: pyruvate phosphate dikinase丙酮酸磷酸雙激酶。

　　基因猜測顯示，小蘭嶼蝴蝶蘭存在29,431個蛋白編碼基因。風趣的是這些卵白編碼基因的平均內含子長度到達2,922堿基對，這一長度明顯跨越了迄今為止一切植物基因組中均勻內含子長度，進一步分析發現蝴蝶蘭內含子中的大批的轉座元件是蝴蝶蘭超長內含子的重要起因。在基因組雜合地區，自交不親和門路的相干基因尤其富集，這些基因對進一步揭露蘭花自交不親和機制將極有助益。

　　本研究搜尋全基因組序列獲得342個同時涵蓋其余七個單子葉和雙子葉物種的單拷貝直系同源基因家族�；�于這些基因家族停止演化時光推算的成果表現蝴蝶蘭和其他票據葉植物的不合時間為距今1.351±0.17億年之前。別的，分析蝴蝶蘭基因組中的重復基因間的同義調換率，發現蝴蝶蘭在距今7,557（7,150-8,073）萬年前也就是白堊紀古近紀接壤前未幾閱歷了一次全基因組反復, 此次蘭花特有的古多倍化事務和隨后產生的蘭科植物大范圍輻射演化奠基了蘭科植物發育成為被子植物第二年夜科的基本。

　　與水稻、擬蘭芥等碳三代謝植物，以及玉米、高粱等碳四代謝植物分歧，小蘭嶼蝴蝶蘭屬于景天酸代謝附生植物。景天酸代謝途徑是對干旱或附生情況的一種順應性光合作用代謝途徑。該代謝途徑大大進步了植物對水的應用率。本研究也是初次對景天酸代謝植物進行的全基因組測序。經由過程對景天酸代謝途徑的六個要害基因家族的分析，發現此中四個基因家族在蝴蝶蘭中發生了特異的基因重復和丟掉。這些基因重復和丟出事件很可能在蘭花中景天酸代謝途徑的演化有重要奉獻。

　　MADS－box基因家屬是調控動物發育尤其是花的發育的重要基因，而蘭花特別以它特別的花形態著稱。本研討剖析了蝴蝶蘭中的MADS－box基因家族的散布和演變，發明了多個在蘭花中特異擴增跟分化的多少類MADS－box基因。這些蘭花獨有的MADS－box基因極可能對高度特化的蘭花狀態發育施展主要感化。

　　本研究失掉的蝴蝶蘭全基因組序列圖譜是世界上第一個完成測序和分析的蘭科植物和景天酸代謝（CAM）植物的全基因組，并提醒其很多重要特性，具有重大深遠的科學意思和利用價值。本研究成果彌補了植物基因組研究的多個空缺，對全球基因組科學作出了重大貢獻，將為世界上別的相關研究供給全新的出發點戰爭臺。全世界的大量蘭花因為不法收集和生境損壞而瀕臨滅盡。蘭花基因組的公布將使得全基因組水平對瀕危蘭花多樣性和演化進行摸索和研究得以完成，為蘭花保護提供重要的實踐根據和指南。同時，蘭花全基因組序列也將為蘭花遺傳工程育種研究提供重要資源和基礎，對加快蘭科植物保護、蘭花種類翻新、推動蘭花相關工業鏈的成長和晉升我國在生物學、碳匯研究、生物多樣性以及環境氣象變遷等范疇的研究程度具有嚴重的意義。

　　附　Nature Genetics原文鏈接：

供稿：深圳研究生院 編纂：襄樺