紫花苜蓿基因组测序及分析

紫花苜蓿基因组测序及分析

近年来,随着基因组测序技术的不断发展越来越多的植物基因组序列得到完善。通过基因组测序,可以系统地解析植物基因功能。

紫花苜蓿具有优良的农艺性状,是全世界种植范围最广的牧草作物,具有“牧草之王”的美称。在我国,紫花苜蓿生长主要集中在北方地区,这些地区气候寒冷,容易发生低温冻害,造成苜蓿减产,大大降低苜蓿的生产效益。

肇东苜蓿作为紫花苜蓿的地方品种之一,具有良好的抗寒特性。因此,本研究以肇东苜蓿为主要研究材料,进行基因组测序、组装及注释,获得基因组草图;对其它四种紫花苜蓿品种:阿尔冈金、WL168、WL525和WL440进行基因组重测序,挖掘抗寒相关的SNP。

同时,对紫花苜蓿AP2/ERF转录因子进行挖掘分析,构建紫花苜蓿AP2/ERF基因调控网络,系统的解析紫花苜蓿AP2/ERF转录因子在抗寒胁迫中的调控机制。主要研究成果如下:1.紫花苜蓿全基因组组装及注释分析通过高通量测序,评估紫花苜蓿基因组大小为1107M左右,杂合率为1.77%,通过组装获得紫花苜蓿基因组草图。

进一步注释分析,挖掘119194个蛋白质编码基因,它们主要的功能集中在信号转导机制、蛋白质翻译后修饰、防御机制以及转录调控等生物过程。2.紫花苜蓿抗寒性状相关遗传变异的挖掘通过四个紫花苜蓿品种进行基因组重测序,发掘紫花苜蓿品种间的遗传变异(SNP),获得8909604个遗传变异;结合5个紫花苜蓿品种的抗寒性数据,挖掘82838个SNP与紫花苜蓿抗寒性状形成相关。

这些SNP分布在14372个基因上,它们主要涉及转录调控、还原代谢和信号转导等过程。进一步富集分析发现,AP2/ERF、bHLH、MADS、NAC、MYB以及WRKY

等基因家族可能在紫花苜蓿抗寒过程中起关键调控作用。

3.紫花苜蓿AP2/ERF转录因子分子调控机制研究对紫花苜蓿全基因组进行分析,发掘了139个AP2/ERF转录因子,其成员分布在3个亚家族中;挖掘紫花苜蓿与模式植物拟南芥的基因互作关系,构建紫花苜蓿的基因调控网络,系统的解析紫花苜蓿的分子调控网络,将来为紫花苜蓿基因资源的利用奠定了理论基础。