高立志教授研究团队在基因组学与生物信息学方面取得重要成果

撰写时间:2017-09-08来源:基因组学与生物信息学研究中心

    近日,我校高立志教授带领的华南农业大学基因组学与生物信息学研究中心和中国科学院昆明植物研究所植物种质资源与基因组学研究中心联合研究团队,在植物学顶尖期刊Molecular Plant(IF2016=8.8)发表了题为“The Medicinal Herb Panaxnotoginseng Genome Provides Insights into Ginsenoside Biosynthesis and Genome Evolution”的研究论文(文章链接:http://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(17)30073-4)。首次获得了举世闻名的传统中药三七较高质量的参考基因组序列并解析了三七皂苷的生物合成途径。



    该研究团队发现,三七所经历了的一系列的基因组进化事件造就了这一著名草本药用植物独特的药用特性。比如,大约 26 百万年前发生了近期多倍化事件,与三萜皂苷生物合成相关基因家族的大量特有复制与扩增,与三萜皂苷生物合成相关的基因形成了众多的基因簇。基于比较基因组学、转录组学和植物化学比较分析他们进一步证实,快速的基因组功能变异与进化决定了与三七药效息息相关的生物化学成分多样性;此外,与三七皂苷生物合成相关的大多基因主要在花和叶里表达与合成,然后才转运并储存在根部。这个发现颠覆了一直认为的三七皂苷在根里合成的观点。三七这一人参属中这一重要二倍体植物参考基因组的获得和相关代谢通路的解析,对指导三七、人参和西洋参的育种、种植与深加工产业的发展具有重要的意义。





    三七基因组的进化和功能分析。A:三七和其它植物基因组之间共同及特异的基因家族;B:三七和其它植物基因家族对比;C:三七基因组中发生的近期多倍化事件;D:不同生长年限三七各组织器官中人参皂甙代谢物含量;E:不同生长年限三七各组织器官中相关基因表达变化。


    此外,高立志教授带领的华南农业大学基因组学与生物信息学研究中心研究团队,联合中国科学院昆明植物研究所植物种质资源与基因组学研究中心、云南农业大学、广东省农业科学研究院、辽宁师范大学、云南省茶叶科学研究所、金华国际山茶园、华中农业大学和华盛顿大学等单位的相关研究团队,率先在国际上成功地破译了茶树基因组,在植物学顶尖期刊Molecular Plant(IF2016=8.8)(文章链接:http://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(17)30103-X)发表了题为
“The Tea Tree Genome Provides Insights into Tea Flavor and Independent Evolution of Caffeine Biosynthesis”的研究论文,首次成功地揭示了茶叶风味、适制性及茶树全球生态适应的遗传学基础。


    该论文一经发表后引起了非常强烈的反响,被CCTV(新闻联播)(http://tv.cctv.com/2017/04/30/VIDEg9MnuV0b7ObWVsXxFMJc170430.shtml)、新华社(http://news.xinhuanet.com/tech/2017-05/02/c_1120904293.htm)、英国BBC(http://www.bbc.com/news/science-environment-39747720),美国CNN(http://edition.cnn.com/2017/05/11/world/conversation-climate-tea-crisis/index.html),华盛顿邮报(https://www.washingtonpost.com/news/speaking-of-science/wp/2017/05/02/the-tea-plant-has-a-whopper-genome-four-times-that-of-coffee-scientists-find/?utm_term=.87ec324dc78a)等几乎所有国内外重要的新闻媒体报刊报道或转载。


    除此之外,高立志教授带领的华南农业大学基因组学与生物信息学研究中心研究团队,联合中国科学院昆明植物研究所植物种质资源与基因组学研究中心、西双版纳热带植物园、广东省农业科学院、中科院北京基因组研究所和华盛顿大学等单位的相关研究团队,获得了我国传统的名贵中药材冬虫夏草菌 (Ophiocordycepssinensis)迄今最高质量的参考基因组图谱,首次成功地解析了冬虫夏草菌的真菌致病性及其高海拔生态适应性的遗传学基础,在Nature出版集团旗下的Scientific Reports(IF2016=4.26)在线发表了题为“The caterpillar fungus, Ophiocordycepssinensis, genome provides insights into highland adaptation of fungal pathogenicity”的研究论文(文章链接:http://www.nature.com/articles/s41598-017-01869-z)


    该研究团队发现,伴随着青藏高原的抬升冬虫夏草菌基因组中的重复序列大量扩增,使得冬虫夏草菌基因组相比于其它低海拔近缘物种(如蛹虫草等)变得异常之庞大;但冬虫夏草菌的蛋白编码基因却发生快速地丢失,致使其蛋白编码基因的编码区在进化过程中被剧烈地压缩。与抗低温密切相关的功能基因在冬虫夏草菌中大量扩增,这可能有助于冬虫夏草菌增强自身的抗寒性以便在青藏高原极端复杂的环境下得以生存。该研究对促进冬虫夏草珍贵野生资源的遗传保护、加快其人工栽培具有重要意义。(文/图 基因组学与生物信息学研究中心  高立志)


(责任编辑:蒙丽)





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