Grass Res 前沿 | 四川农大在高寒牧草老芒麦系统进化和抗逆基因发掘上取得新进展

文摘   2024-04-30 11:00   江苏  

近日,四川农业大学草业科技学院马啸教授领衔的研究团队使用群体叶绿体基因组探究了青藏高原重要的乡土牧草—老芒麦的谱系地理结构,并首次揭示了老芒麦具有多谱系起源,且其母本供体不限于单一物种,研究结果将为老芒麦野生资源的有效保护和合理利用提供参考依据。相关研究成果以“Divergence in Elymus sibiricus is related to geography and climate oscillation: A new look from pan‐chloroplast genome data”为题在中科院生物学大类一区期刊Journal of Systematics and Evolution 发表。在读博士生熊毅为该论文的第一作者,西南科技大学白史且教授和四川农业大学马啸教授为该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(32271753)等的资助。


披碱草属Elymus, Triticeae, Gramineae)是世界上最大的属,其拥有约150个种,广泛分布于全球温带地区。披碱草属物种倍性复杂,既有异源四倍体(以老芒麦为代表,StStHH,2n = 4x = 28)又有异源六倍体(以垂穗披碱草为代表,StStYYHH,2n = 6x = 42),并且这些多倍体物种的具体二倍体祖先供体难以确定,目前仅知道St可能来源于拟鹅观草属物种,H可能来源于大麦属物种。然而,由于YY二倍体物种目前尚未找到,其极有可能已经灭绝,因此Y基因组的来源存在较大争议。基于此,研究团队以老芒麦为研究对象,基于分布于全球范围内的老芒麦野生资源进行质体基因组组装,并结合已有报道的大麦属跟拟鹅观草属物种质体基因组进行了谱系分析。系统进化树将供试种质划分为5个亚群,且总体而言青藏高原和新疆地理来源的材料被聚集到了较为独立的分枝(图1)。老芒麦与祖先种间的单倍型网络分析表明不同地理区域的野生材料可能具有不同的母本供体,而祖先状态重建的结果则进一步证实了不同地理群体老芒麦之间迁出和迁回事件的存在(图1)
1 系统进化树、单倍型网络以及祖先状态重建结果

今年2月,研究团队还利用重测序、转录组数据,并结合基因功能研究解析了老芒麦ERF家族基因EsiERF285 抗旱和耐热的遗传基础,该研究成功以“Discovery of the ethylene response factors in Elymus sibiricus on a transcriptome-wide scale and the beneficial function of EsiERF285 in combating drought and heat stress”为题发表于中科院农林科学大类一区期刊Industrial Crops & Products 上。在读博士生熊艳丽为该论文的第一作者,四川省草原科学研究院雷雄博士和四川农业大学马啸教授为该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(32271753)等的资助。



研究团队基于三代全长转录组测序构建老芒麦的参考转录本序列,并基于此鉴定到285个ERF基因家族的基因。同时基于时间梯度模拟干旱胁迫并进行转录谱分析构建了WGCNA共表达网络,并从中筛选到46个差异表达的ERF基因(图2)进一步,研究团队结合干旱和热胁迫以及分子对接分析结果最终确定了候选基因(EsiERF285)进行后续功能验证(图3)亚细胞共定位结果表明该基因在细胞核发挥功能,且该基因过表达酵母后展现出更强的渗透胁迫适应性(图4)同时,过表达植株也展现出显著更好的抗旱表型和生理生化指标(图4)

图2 WGCNA共表达网络、GSEA富集分析以及ERF家族基因表达模式和基序分析


图3 干旱和热胁迫下表达量热图及分子对接结果


4 亚细胞定位、酵母过表达及拟南芥过表达结果

原文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jse.13020

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Grass Research 是一本开放获取的期刊,致力于发表关于草类植物科学和相关领域的研究论文、综述、方法和观点性文章。期刊聚焦在自然生态系统或栽培系统中草类植物的生物机理研究以及其与环境和微生物的相互作用,如饲草(包括豆科植物)、草坪草、观赏草、生物能源草;或者可用于提高草类生产力和对生物或非生物胁迫适应性的其他植物,所提供的相关研究信息和方法。本刊由Maximum Academic Press出版,期刊主编由美国罗格斯大学黄炳茹教授担任。目前已被Scopus、CABI等数据库收录。


期刊官网:

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