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世界花卉基因组学研究领域新突破,北京市园林科学研究院绘制出国际首个一串红基因组图谱

植物科学最前沿 2022-07-31 03:28:07

近日,Gigascience在线刊登了由北京市园林科学研究院和北京林业大学科研人员合作完成的题目为‘High quality assembly of the reference genome for scarlet sage, Salvia splendens, an economically important ornamental plant’的研究论文,首次公布了一串红高质量的基因组图谱绘制工作。这是植物基因组学研究领域的一项重要成果。


一串红(Salvia splendens)隶属唇形科鼠尾草属。它花色艳丽、适应性强、易栽培养护,全球范围内广泛地应用于花坛、花境以及花海、大地景观的营造,是一类极具经济价值的观赏植物。


自上世纪80年代开始,北京市园林科学研究院针对一串红开展了多方面的系统研究,在种质资源收集、栽培、良种选育方面取得了一定的成果。目前,已收集了100多个品种及育种材料、建立了保种、快繁、种苗管理技术体系、、花色艳丽的‘京妍’、叶色亮绿的‘奇迹’等10余个北京市良种。这些良种被推广到国内多个地区,受到广大花农和行业专家的一致好评。然而,在株型叶型调控、花期多样化、花色丰富度、适应多样性等方面,传统杂交育种难以满足种质创新需求,亟待借助新的基因组编辑技术进行更为灵活、精准的育种。全基因组测序及功能注释是基因组编辑开展种质创新的基石,对推动基础研究和产业发展至关重要。



Single-Molecule Real-Time(SMRT)测序,获得了808M的一串红高质量全基因组序列;采用contigs和scaffolds(2个基因组序列片段)长度分布评价指标,对一串红和已报道的唇形科植物薄荷和2个丹参基因组进行了比较(下图2a和b),结果表明本次研究中获得的一串红基因组质量远高于其他2类唇形科植物;进化分析表明一串红和鼠尾草属传统药用植物丹参的分化出现于约2821万年前(下图2c)。同时,实验针对收集到的一串红资源(下图1c)进行了分析,采用转录组测序技术,探讨了一串红资源(下图1d-k)呈现不同花色性状的调控机制。

 

此外,唇形科是开花植物中的第六大科,包括约236个属,6900-7200个种类;许多种类含有丰富的芳香和药用成分,得到广泛关注,如芳香植物百里香、罗勒、迷迭香;药用植物丹参、黄芩、荆芥、藿香、紫苏;兼具芳香和药用的薄荷,兼具芳香和观赏用途的薰衣草等。一串红基因组学研究对唇形科芳香和药用成分形成机制和深入开发工作也有重要的参考价值。


高质量基因组组装及注释将为一串红株型、开花、生长发育等调控机制的解析和新品种创制奠定良好的基础;同时,为利用精油鼠尾草和一串红杂交或利用CRISPR-cas9等基因编辑技术,培育多用途一串红提供重要的理论参考。研究团队正在利用一串红现有资源及其基因组信息,培育抗性优良的多种花色一串红新品种,在基因组水平揭示一串红花被中花青素积累的分子调控机制;同时,开展一串红和精油鼠尾草基因组的差异分析,揭示鼠尾草精油合成的调控机制,以期为培育多用途一串红提供理论依据。


。北京市园林科学研究院教授级高工董爱香博士、高级工程师辛海波博士、高级工程师李子敬博士为论文的共同第一作者,北京市园林科学研究院副院长、绿化植物育种北京市重点实验室主任、教授级高工丛日晨博士和北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心副教授毛建丰为本论文的共同通讯作者。

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