2013年3月13日，由中國(guó)遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、深圳華大基因研究院及亞利桑那大學(xué)等單位合作完成的短花藥野生稻（Oryza. brachyantha）基因組學(xué)研究成果在《自然·通訊》（Nature Communications）雜志上在線發(fā)表。該研究為稻屬的比較、進(jìn)化和功能基因組學(xué)研究提供了寶貴資源。
稻屬含有兩個(gè)栽培稻和20多個(gè)野生稻，而野生稻蘊(yùn)含著寶貴的基因資源。短花藥野生稻是稻屬中與水稻親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的一類野生稻，具有對(duì)多種水稻病原菌和一些非生物脅迫較好的抗性。同時(shí)，短花藥野生稻具有稻屬zui小的基因組，結(jié)合其在進(jìn)化樹中的特殊位置，可能保持著較為接近稻屬祖先基因組的狀態(tài)。因此，通過比較短花藥野生稻、水稻及其他野生稻的基因組，研究者可以獲得稻屬進(jìn)化過程中發(fā)生的基因組變異的信息，從而更加準(zhǔn)確的理解水稻基因組的結(jié)構(gòu)和進(jìn)化過程。
本研究利用新一代測(cè)序技術(shù)測(cè)定了高質(zhì)量的短花藥野生稻（O. brachyantha）全基因組序列（大小約為261 Mb），并結(jié)合BAC末端以及物理圖的數(shù)據(jù)，將96%的基因組序列定位到12條染色體上。通過比較基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，在短花藥野生稻基因組中，轉(zhuǎn)座子的活性較低并不斷的從基因組中被刪除，從而導(dǎo)致該基因組維持較小的狀態(tài);此外，水稻基因組中還存在著大量的基因重復(fù)，這些基因可能是通過串聯(lián)基因重復(fù)或者基因轉(zhuǎn)移的機(jī)制在基因組中不斷進(jìn)行擴(kuò)增。通過分析短花藥野生稻和水稻基因組中的異染色質(zhì)區(qū)域，研究人員發(fā)現(xiàn)基因重復(fù)不僅可以增加基因的拷貝，同時(shí)這些冗余的序列還可以作為重復(fù)序列擴(kuò)增的熱點(diǎn)，這對(duì)異染色質(zhì)的形成和維持有著重要意義。
華大基因該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人黃銓飛表示：“本研究揭示了稻屬基因組進(jìn)化，特別是在基因組大小、基因移動(dòng)和異染色質(zhì)進(jìn)化等方面新的分子機(jī)制。未來，稻屬將會(huì)有更多的代表性物種基因組序列公布，這將使稻屬成為一個(gè)更好的從事植物功能和進(jìn)化基因組學(xué)研究的系統(tǒng)。”
原文摘要：
Whole-genome sequencing of Oryza brachyantha reveals mechanisms underlyingOryza genome evolution
The wild species of the genus Oryza contain a largely untapped reservoir of agronomically important genes for rice improvement. Here we report the 261-Mb de novo assembled genome sequence of Oryza brachyantha. Low activity of long-terminal repeat retrotransposons and massive internal deletions of ancient long-terminal repeat elements lead to the compact genome of Oryza brachyantha. We model 32,038 protein-coding genes in the Oryza brachyantha genome, of which only 70% are located in collinear positions in comparison with the rice genome. Analysing breakpoints of non-collinear genes suggests that double-strand break repair through non-homologous end joining has an important role in gene movement and erosion of collinearity in theOryza genomes. Transition of euchromatin to heterochromatin in the rice genome is accompanied by segmental and tandem duplications, further expanded by transposable element insertions. The high-quality reference genome sequence of Oryza brachyantha provides an important resource for functional and evolutionary studies in the genus Oryza.
