上海師范大學黃學輝/戴紹軍合作繪制耐鹽堿牧草小花堿茅高質量基因組圖譜

kibcat 2020-03-16

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春風散疫植樹忙，幾度堿地茅草黃。

十年漂泊無組累，一篇薄文測序長。

土壤鹽堿化嚴重影響植物生長發(fā)育，導致作物產量降低。鹽堿土中的堿性鹽成分（如Na₂CO₃和NaHCO₃）不僅對植物造成離子脅迫，導致植物滲透失衡，而且可以造成pH脅迫，比中性鹽（NaCl）對植物的傷害更大【1】。禾本科鹽生牧草小花堿茅（Puccinellia tenuiflora），也稱星星草，具有很強的耐鹽堿能力，在我國東北和西北地區(qū)的鹽堿地廣泛分布，是蘇打堿型鹽堿地的先鋒植物，其莖葉蛋白質含量較高，也是一種優(yōu)良的牧草（圖1）【2】。

圖1.我國東北鹽堿地生長的小花堿茅（小穗與小花）

在適應堿性鹽逆境過程中，小花堿茅進化出獨特的結構和代謝過程。近年來，一些小花堿茅鹽堿應答基因相繼被表征，如Ca²⁺/H⁺逆轉運蛋白基因PutCAX1、Na⁺/H⁺逆向轉運蛋白基因PutNHX、高親和K⁺轉運蛋白基因PutHKT2;1、K⁺通道蛋白基因PutAKT1、Na⁺/H⁺逆向轉運蛋白基因PtNHA1、PMP3家族蛋白基因PutPMP3-1和PutPMP3-2、II型金屬硫蛋白類似蛋白基因PutMT2，以及類萌發(fā)素蛋白基因PutGLP等，這些基因對于維持離子轉運、離子區(qū)室化以及ROS穩(wěn)態(tài)等具有重要作用【2-5】。然而，由于缺乏全基因組信息，深入的分子遺傳學研究很難開展【6-7】。

近日，SCIENCE CHINA Life Sciences發(fā)表了上海師范大學黃學輝教授團隊與戴紹軍教授團隊合作完成的題為A high-quality genome sequence of alkaligrass provides insights into halophyte stress tolerance的研究論文，報道了耐鹽堿牧草小花堿茅高質量基因組序列。

黃學輝團隊與戴紹軍團隊利用Illumina、PacBio、10X Genomics和Hi-C技術，獲得了小花堿茅高質量的染色體水平的基因組序列。大約1.50 Gb的小花堿茅基因組包含38,387個蛋白質編碼基因，其中54.9%為轉座元件，長末端重復最為豐富。

圖2. 染色體級別的小花堿茅參考基因組圖譜

比較基因組學與鹽堿應答轉錄組學分析揭示了小花堿茅中大量的鹽堿應答基因（圖2）。其中，一系列基因的表達模式也暗示著LLG1作為分子伴侶與類受體激酶FER和FLS2等共同響應鹽堿信號，調節(jié)下游的Ca²⁺、ABA和ROS信號通路，參與鹽堿脅迫應答（圖3），進一步驗證這些通路在鹽堿應答中的作用十分重要。

圖3.小花堿茅類受體激酶FER和FLS2調控的信號通路參與鹽堿應答

小花堿茅的基因組注釋與鹽堿應答基因的鑒定為禾本科鹽生植物資源利用與進化遺傳學研究提供了重要信息，也為進一步揭示單子葉鹽生植物鹽堿應答分子機理提供了新線索。

小花堿茅的基因組序列及基因注釋數據下載鏈接：

www.xhhuanglab.cn/data/alkaligrass.html

上海師范大學張聞婷博士和劉杰博士為共同第一作者，黃學輝教授、戴紹軍教授和胡芬紅博士為共同通訊作者。上海師范大學邱杰博士、東北林業(yè)大學博士生張詠雪、李瑩博士和鄭寶江博士參與了研究工作。

“春風散疫植樹忙，幾度堿地茅草黃。十年漂泊無組累，一篇薄文測序長?！?nbsp;--戴紹軍（2020.3.12）（文章全部作者的姓名，或者姓名漢字的組成部分，都在這首詩里）

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論文鏈接：

http://engine./publisher/scp/journal/SCLS/doi/10.1007/s11427-020-1662-x