空間轉錄組測序技術助力西北大學趙鵬教授團隊揭示核桃果殼基因組變異和遺傳網(wǎng)絡調控機制

近日，西北大學生命科學學院趙鵬教授團隊在植物學領域國際知名期刊The Plant Journal（中科院1區(qū)top）在線發(fā)表了題為“Integrated multi-omics analyses provide new insights into genomic variation landscape and regulatory network candidate genes associated with walnut endocarp”的研究論文。

通過對多組學數(shù)據(jù)的深度整合分析，該研究全面探究了重要木本經(jīng)濟植物核桃（Juglans regia）及其近緣種在基因組層面的遺傳變異特征。同時，深入剖析了核桃果實發(fā)育過程中的轉錄代謝調控機制，揭示了表觀遺傳修飾以及空間轉錄調控在其中的關鍵作用，并對相關候選基因的功能進行了系統(tǒng)分析。該研究為深入理解核桃果殼基因變異及其網(wǎng)絡遺傳調控機制提供了全新的視角和理論依據(jù)，為推動核桃分子育種技術的創(chuàng)新發(fā)展奠定了堅實的基礎。

百邁客生物為該研究提供了植物空間轉錄組測序服務。

研究背景

核桃（Juglans regia）是一種具有重要經(jīng)濟價值的堅果油料樹種；其果實具有堅硬的內果皮/果殼以保護種子，這在其進化過程中發(fā)揮了關鍵作用，而果殼厚度是核桃育種的一個重要性狀。然而，與核桃果殼發(fā)育相關的基因組景觀和基因調控網(wǎng)絡尚未得到系統(tǒng)的闡明。

研究內容

該研究組裝注釋了核桃品種“香玲”的高質量基因組，并構建了涵蓋八個胡桃屬物種的圖形結構泛基因組，以揭示基因組水平上的遺傳變異。重新測序了285份樣本，揭示了其群體基因組景觀變異圖譜。通過全基因組關聯(lián)研究（GWAS），研究發(fā)現(xiàn)了19個與核桃馴化和改良過程中受到選擇的268多個位點相關的基因座。

通過對十一個發(fā)育階段的轉錄組學、代謝組學、DNA甲基化和空間轉錄組學等多組學分析，揭示了多個與次生細胞生物合成和木質素積累相關的候選基因，例如UGP、MYB308、MYB83、NAC043、NAC073、CCoAOMT1、CCoAOMT7、CHS2、CESA7、LAC7、COBL4和IRX12。在擬南芥（Arabidopsis thaliana）中過表達JrUGP和JrMYB308驗證了它們在木質素生物合成和細胞壁加厚中的作用。

研究結論

植物的果實特征，包括核桃（Juglans）的堅硬內果皮，在種子傳播、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和遺傳多樣性方面發(fā)揮著至關重要的作用，其中殼厚對核桃的生產(chǎn)和育種有著顯著影響。綜合多組學分析探究了核桃殼厚度這一關鍵性狀以及與木質素積累和細胞壁增厚相關的內果皮發(fā)育，為木本作物的遺傳學和調控機制提供了新的見解，助力基于基因組信息的改良育種策略。全面多組學研究結果為核桃的遺傳變異和內果皮發(fā)育及果殼厚度的網(wǎng)絡調控提供了新的見解，并為核桃品種改良的基因組信息育種策略提供了可能。

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