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學術進展

我院林木分子育種團隊在《植物細胞》發表學術論文

[發布日期:2019-02-24 點擊數: ]

假”基因,“新”功能植物假基因的演化起源及作用

您也許聽說過假基因,但假基因在生物體內真的沒有功能嗎?它在林木及其它植物基因組中的數量與分布規律如何,是如何起源與進化的等科學問題,至今仍全然未知。圍繞這些問題,我院林木分子育種創新團隊在全球率先開展了植物假基因的起源進化與功能解析,研究成果近期在線發表于生物學TOP期刊《The Plant Cell》(5IF9.378),引起國際同行廣泛關注。

為了系統研究林木及其它植物假基因的起源進化及其調控功能,團隊開發了一套適合探測植物基因組假基因序列的生物信息學流程 (PlantPseudo),鑒定了重要模式樹種楊樹及其它共7個植物基因組的假基因序列。在楊樹基因組中共鑒定出24,000條假基因,發現平均有6%的假基因具有表達活性,且展示了非常高的組織器官特異性。對楊樹基因組長鏈非編碼RNA與假基因的關系分析表明18.5%TE lncRNA14.8%的非TE miRNA起源于假基因的上游近端區域,揭示了假基因可能是新轉錄本產生的重要來源。

為了驗證這一機制在植物領域中的普遍性規律,進一步對6個其它被子植物物種假基因的演化及功能進行了系統分析。共確定了250,000個假基因,其中大部分比編碼蛋白基因更具有物種特異性。研究發現在7個物種中相當大的一部分非編碼RNA源于假基因近端上游區域,揭示了相當一部分的非編碼RNA起源于假基因的差異化轉錄。

1 許多長非編碼RNA起源于假基因上游近端區域


通過解析不同物種染色體上假基因的分布規律,發現在基因組著絲粒附近有假基因富集現象,這主要是由于在著絲粒附近的基因重組率偏低所致。進一步分析表明基因組重組率與假基因的分布密度存在極顯著負相關性(P < 0.03)。

盡管許多假基因編碼蛋白質,但有些仍可轉錄產生RNA。分析發現假基因的表達水平很低,具有很強的組織特異性。進一步研究發現順式調控元件在假基因上游區域有富集作用,包括轉錄因子結合位點和組蛋白修飾位點。這一結果表明與隨機的基因間隔區相比,轉錄因子結合位點優先富集在假基因上游近端區域,闡明了假基因通過提供轉錄因子結合位點發揮啟動子和增強子的功能,以此來影響植物基因組演化。因此,作者提出假基因轉錄調控區域的快速演變是驅動新調控模塊起源的一個主要機制。該研究為解析植物基因組復雜非編碼序列功能提供了重要的理論指導和技術支持,具有重要的科學價值。

我院副教授謝劍波是該論文的第一作者,張德強教授為通訊作者,青年教師劉小敏,博士生李英與趙怡陽,團隊成員李百煉教授與瑞典植物科學研究中心P&auml;r Ingvarsson教授參與了該研究的具體實驗與論文修訂工作。該研究得到國家重點研發計劃課題(No. 2016YFD0600102)與國家自然科學基金項目(31600537 31670333)等項目的聯合支持。


論文鏈接:http://www.plantcell.org/content/early/2019/02/13/tpc.18.00601


(生物學院/高精尖中心)



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