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从全基因组角度看小麦的进化—小麦领域Plant Cell上论文合辑...

已有 654 次阅读 2018-3-13 08:32 |个人分类:文献推荐|系统分类:论文交流| 小麦, 基因组, 基因注释, 基因数目

本期作者:Meng Wang

编者按:尽管近两年的IF不是很理想,Plant Cell(下简称PC)无疑仍是也将会继续是植物学研究的殿堂级期刊。从11月28日小编推送PC上小麦种子萌发/休眠的QTL文章开始,接下来每周周二,我们会将2005年以后在PC上发表的小麦领域研究论文进行逐一梳理和推送,以飨读者。需要特别指出的是,本合辑题为“我要上PC”,是比照“我要上春晚”而诙谐命名;由于对研究内容要求较系统、文章发表要求较高和审稿机制较严格,PC上面的文章确实值得深入学习;但我们公众号倡导大家把更多的目光放在学习这些文章的思路、内容和意义上,而不是只看重和崇拜高影响因子^_^。

面包小麦作为六倍体作物,其祖先种(除了B组的)是已知且尚存的,所以进化脉络比较清晰;目前各种组合的人工合成六倍体小麦的创制也都可以实现,可以用来模拟小麦的多倍体化过程;同时小麦是比较年轻的作物,又富含转座子和重复序列,基因组相对活跃-综合这些因素,小麦可以算的上研究植物进化(多倍体化)比较理想的材料。上周小编解读了小麦籽粒重要性状遗传位点Hardness locus的进化方面的PC文章,从一个个例的角度小试牛刀(小麦籽粒硬度Hardness Locus的进化研究—小麦领域Plant Cell上论文合辑(十二))。本周咱们扩大一下尺度,从全基因的角度,看一下PC上的三篇讲小麦进化方面的文章。这涉及到很多全基因组测序和生物信息学方面的内容,由于小编不是这个方向的,所以解读难免较浅,权当抛砖引玉,欢迎大家留言讨论或撰稿补充。

按照时间顺序,第一篇是2008年在PC上题为“Identification and Characterization of Shared Duplications between Rice and Wheat Provide New Insight into Grass Genome Evolution”的文章,通讯作者是法国INRA研究所(上周那篇也是这个研究所,所以我说是小麦研究重镇喽~)的Catherine Feuillet教授。敲黑板:不知大家留意了没,我们“我要上PC”系列在介绍PC上小麦研究文章的同时,也顺便给大家简单介绍了不少小麦研究的重镇和大牛教授,所以多多关注我们推送的文章,不仅可以了解小麦研究的最新进展,也会为您申请国际访问学者、出国读博后或博士,抑或寻求国际合作,提供了很多有用的信息。Feuillet教授就是这样一位大牛,为小麦的全基因组测序做出了重要的贡献。

书归正传,2008年,小麦全基因组测序尚刚起步,所以本研究用的是水稻的全基因测序信息和小麦的EST数据(主要基于当时The International Triticeae EST Cooperative这个组织的数据库)。研究人员根据研究时发现的实际问题,首先对序列比对和统计分析的参数进行了优化升级。利用这套优化的参数,他们发现了水稻基因组中的29个染色体间的复制事件(interchromosomal duplications)和小麦基因组中的10个染色体间的复制事件(是否还记得Ph1的解读文章我们也提到小麦中的类似事件?)。作者又对水稻和小麦的基因组进行了共线性分析,发现其中七个复制事件具有共线性。进一步的,借助高粱和玉米的基因组数据,作者发现禾本科的物种或许最初只有五个染色体,然后通过染色体(片段)复制、融合和易位等事件,进化成各个物种的完整染色体。

哈哈,是不是有点绕。再来看下一篇,题为“Megabase Level Sequencing Reveals Contrasted Organization and Evolution Patterns of the Wheat Gene and Transposable Element Spaces”,10年发表在PC,通讯作者,也是Catherine Feuillet教授;不过这次是国际团队(IWGSC)一起合作完成。

这篇文章主要是分析小麦3B染色体的测序数据。小麦的3B染色体是测序最早、最好的亚染色体,关于它的故事,我们有机会可以好好讲一讲,也欢迎大家投稿。这篇文章通过测序和注释呢,将3B染色体上的基因、转座子等进行了具体的分析,得出了一个最重要的结论就是:通过分析3B上的基因数目,预测二倍体小麦全基因中的基因数目会远远大于其他作物。这貌似也很好理解,毕竟小麦的全基因组要比其他作物大得多,且存在高频的序列重复现象。但,真的是这样么?

不同观点来了,也就是2011年在PC上题为“Frequent Gene Movement and Pseudogene Evolution Is Common to the Large and Complex Genomes of Wheat, Barley, and Their Relatives”的文章,通讯作者为Nils Stein,Catherine Feuillet教授也参与了本研究。

本研究基于Jaroslav独家的染色体(臂)筛选技术,对小麦的1号染色体和大麦对应的1H染色体进行了筛选和测序,通过比对分析后得出了新的一个结论:由于大量存在的转座子等的作用,小麦基因组确实容易产生序列复制事件,从而产生了更多的、与其他禾本科物种基因组不具有共线性的序列,但是这些序列包含的基因大多为假基因,所以,小麦全基因组中的基因总数量与其他作物是差不多的。    

这两个观点,在人类全基因组测序完成的前后,也都被提出过,最终的结论是人类基因组虽然比小白鼠等的基因组大,但是基因数目是差不多的。最近小麦的多个全基因组图谱得到公布,基于全基因组信息的高通量、高分辨率小麦转录组也越来越多,那么对于这两个观点,读者们怎么看?





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