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兰科中心联合解码墨兰基因 揭示国兰艺术分子调控机制

来源: 2018-04-10 09:32:27  星期二

日前,在第28届中国(翁源)兰花博览会上,兰科中心主任刘仲健教授发布了“墨兰基因组与国兰形态的进化”项目取得的重大科研成果——在全球率先成功绘制墨兰基因组的物理图谱。



兰科植物(俗称兰花)占全世界植物种类10%,具有极高的科研、生态、观赏、文化和药用价值,是我国最珍贵的野生植物资源之一。墨兰(Cymbidium sinense)又称“报岁兰”,被誉为我国十大传统名花之一,是国兰中最具观赏价值的物种,也是最具广东特色的花卉种类之一,其栽培园艺品种数不胜数,此类现象在花卉界中极为少见。从墨兰叶面彩纹的多样性和变化的复杂性而言,其叶艺堪称一切观叶植物之冠。



为了抢占科学研究先机,获取大量基因资源和基因信息,构建高通量分子生物学和生物信息学研究平台,搭建适应生物数据时代的大规模信息分析系统和数据库,2017年1月,广东省农科院、兰科中心和华南师范大学等单位联合组成攻关团队,启动了广东省自然科学基金研究团队项目“墨兰花分化与发育的分子调控机理研究”,开展了“墨兰基因组”研究。这一重大研究计划在世界上率先对墨兰进行全基因组测序和生物信息分析,同时对相关种类的转录组进行测序和分析。

经过共同努力和深入研究,科研团队成功绘制了墨兰基因组的物理图谱(Hi-C),染色体水平组装,Scaffold N50=159M,Contig N50=200K。分析结果显示墨兰染色体数目为2N=2X=40,基因组大小为4.25G,杂合度约1.5%,重复序列80%,属于高杂合复杂基因组。预测的蛋白编码基因数量29895个。



科研人员通过对墨兰基因组的数据进行分析,结合最前沿的RNA测序技术、蛋白组测序技术、miRNA检测以及基因功能验证,蛋白相互作用分析等分子生物学手段,找出国兰进化中经历的关键事件,从而解析国兰形态的进化历程,解码国兰形态多变的奥秘。科研团队充分利用广东特色墨兰的资源优势,开展以全基因组测序为基础的兰花重要性状的功能基因研究,从基因组到形态对墨兰的“国兰艺术”全部要素(含线艺、叶艺、花色、花香、花型等)进行分子解码,建立了墨兰重要性状的分子调控网络模型,揭示了国兰观赏性状的分子调控机制,为国兰的园艺性状改良、分子育种和基因编辑提供切实可行的理论指导。


“墨兰基因组精细图谱”的绘就,将促进国兰的研究实现跨越性的突破,有助于大力推进墨兰乃至所有兰科植物相关产业链的发展,对于促进兰科植物保护、兰花品种创新和提升我国在生物学、生物多样性等领域的研究水平具有重大意义,同时为兰花种业发展、开花调控以及花型发育模型研究提供了新材料、新路径和重要依据,推动种业发展并将取得重大的经济和社会效益。该研究也为建立和培养一支具有国际领先水平的兰花分子生物学科研团队,打造以广东为主的国际兰花基因研究中心和分子育种基地奠定坚实基础。

(兰科中心 黄慧霞)
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