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Nat Commun|江西省农科院领衔完成芦笋(石刁柏)全基因组测序

 PaperRSS 2020-01-14

    石刁柏(Asparagus 0fficinalis L.)通常被称为芦笋,是世界著名蔬菜之一,在国际市场上享有“蔬菜之王”的美称,芦笋富含多种氨基酸、蛋白质和维生素,其含量均高于一般水果和蔬菜,特别是芦笋中的天冬酰胺和微量元素硒、钼、铬、锰等,具有调节机体代谢,提高身体免疫力的功效,在对高血压、心脏病、白血病、血癌、水肿、膀胱炎等的预防和治疗中,具有很强的抑制作用和药理效应。但目前对Asparagus 0fficinalis L.的基因组或遗传信息知识还是相当匮乏。

    近日,来自江西省农科院、美国乔治亚大学和华大基因等联合团队对雄性双倍体(YY)芦笋(石刁柏)进行全基因组测序,利用Illumina(二代)+PacBio(三代)+BioNano(基因组拼接系统)等多种技术手段组装,结果表明芦笋(石刁柏)基因组大小约为1.3Gb,有27,656个蛋白编码基因被预测。该研究以“The asparagus genome sheds light on the origin and evolution of a young Y chromosome为题名“发表在国际著名期刊杂志《Nature Communications》。  文章通过对石刁柏参考基因组的比较组学及实验分析发现,单独但相互关联的基因负责性别决定。性染色体在细胞遗传学上与Y染色体相同,含有在X染色体中缺失的一段区域。删掉该整个区域雄性将向雌性性别转换,而雌性发育的单一抑制因子缺失导致雄性向雌雄同体转化。此外,还发现雄性不育拟南芥敲除表型的单拷贝花药特异基因也在Y特异性区域,因此该研究支持性染色体进化的双基因模型。这暗示着整个真核生物系统中,性染色体由常染色体历经多次演化而来。

石刁柏(Asparagus 0fficinalis L.)

Mutations in sex determination genes on the Y.  a Read alignment coverage (read counts) across the SOFF and aspTDF1 gene models for an XY male (K323), a sibling XX female related to the YY assembled genome, and the gamma-irradiated G033 genotype. b Flowers from a spontaneous male-to-hermaphrodite mutant compared to wild-type male and female flowers (Line3). A frameshift mutation was found in the SOFF CDS sequence (Supplementary Note 1)

Abstract

Sex chromosomes evolved from autosomes many times across the eukaryote phylogeny. Several models have been proposed to explain this transition, some involving male and female sterility mutations linked in a region of suppressed recombination between X and Y (or Z/W, U/V) chromosomes. Comparative and experimental analysis of a reference genome assembly for a double haploid YY male garden asparagus (Asparagus officinalis L.) individual implicates separate but linked genes as responsible for sex determination. Dioecy has evolved recently within Asparagus and sex chromosomes are cytogenetically identical with the Y, harboring a megabase segment that is missing from the X. We show that deletion of this entire region results in a male-to-female conversion, whereas loss of a single suppressor of female development drives male-to-hermaphrodite conversion. A single copy anther-specific gene with a male sterile Arabidopsis knockout phenotype is also in the Y-specific region, supporting a two-gene model for sex chromosome evolution.

通讯作者:

Guangyu Chen 陈光宇

Institute of Vegetables and Flowers, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, 330200, Nanchang, China

 陈光宇教授简介

    陈光宇,博士,二级研究员,江西农业大学研究生导师。中国园艺学会芦笋分会理事长,公益性行业(农业)专项首席专家,主要从事芦笋新品种选育、生物技术、高效栽培及农业科技管理、农业园区规划工作。现任 江西省农业科学院巡视员

    主持承担公益性行业专项、国家自然科学基金、农业科技成果转化资金、“973”前期专项、“948”等课题20多项。

     陈光宇教授是国家公益性行业(农业)科研项目首席专家,为国内芦笋产业化和研究方面的领头人,从国外引进了第一批芦笋种质资源,建立了中国第一个芦笋种质资源圃,培育了中国第一个具有自主知识产权的芦笋品种“井冈701”和第一个四倍体紫色水果芦笋新品种“井冈红”,主持制定了中国三个芦笋行业标准;进行了芦笋抗癌物质提取及药效研究,并对芦笋降血压、降血脂等方面进行了研究;开发了一系列高附加值芦笋加工产品:芦笋茶、芦笋酒、芦笋饮料、芦笋精、芦笋粉、芦笋化妆品等,研发出芦笋饲料喂养家禽,可以不用抗生素,并提高产蛋率;主持实施“荒漠化土地的治理和芦笋产业化”,将生态和经济效益紧密结合,培育了非常耐盐碱的芦笋品种,可以在盐碱地种植。主持“芦笋基因组计划”国际合作(中国、美国意大利)项目,任首席科学家,在世界上首次完成芦笋全基因组测序。争取到2013年世界芦笋大会(第十三届)首次在中国召开,任大会主席。中国芦笋产业从无到有,从小到大,现在已经列世界第一,产业规模可超过千亿元。建立了芦笋产业研发的国家队,北起黑龙江,南到海南岛,遍及全国14个省份,中国芦笋研发也从技术输入,转为技术输出,中国第一个具有自主知识产权的芦笋品种“井冈701”也首次走出国门,被世界上十几个国家引种,产量名列前茅。

    ?1992年获得国务院特殊津贴专家称号,2001年上海市政府授予“重大项目建设功臣”称号及勋章;2001年被评为省学科带头人,2010年被评为赣鄱英才555工程专家,2010年任国家公益性行业(农业)科研项目首席专家,2013年任第13届世界芦笋大会主席,2013年获国际园艺学会功勋奖及勋章。获国家和省部级科研成果奖励4项,其中国家科技进步一等奖1项,省部级科技发明三等奖1项。制订农业行业标准3项,培育芦笋新品种3个。发表论文50多篇,出版专著5部。(摘自|百度)


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