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

[发布日期:2019-02-24 点击数: ]

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。

爲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起源于假基因的上遊近端區域,揭示了假基因可能是新轉錄本産生的重要來源。

爲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源于假基因近端上遊區域,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起源于假基因上遊近端區域


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,但有些仍可轉錄産生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。進一步研究發現顺式调控元件在假基因上遊區域有富集作用,包括轉錄因子结合位点和组蛋白修饰位点。這一结果表明與随机的基因间隔区相比,轉錄因子结合位点优先富集在假基因上遊近端區域,阐明了假基因通過提供轉錄因子结合位点发挥启动子和增强子的功能,以此來影響植物基因組演化。因此,作者提出假基因轉錄调控区域的快速演变是驱动新调控模块起源的一个主要机制。该研究为解析植物基因组复杂非编码序列功能提供了重要的理论指导簣D际踔С郑哂兄匾科學價值

我院副教授謝劍波是該論文的第一作者,張德強教授爲通訊作者,青年教师刘小敏,博士生李英與赵怡阳,团队成员李百炼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)