Extreme haplotype variation in the desiccation-tolerant clubmoss Selaginella lepidophylla.
Extreme haplotype variation in the desiccation-tolerant clubmoss Selaginella lepidophylla.
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DOI：
10.1038/s41467-017-02546-5
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发表时间：
2018-01-02
影响因子：
16.6
通讯作者：
Michael TP
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
VanBuren R;Wai CM;Ou S;Pardo J;Bryant D;Jiang N;Mockler TC;Edger P;Michael TP
植物基因组大小相差四个数量级，这种变化大部分源于重复 DNA 内容的动态变化。在这里，我们报告了鳞叶卷柏 (Selaginella lepidophylla) 的 109 Mb 基因组，这是一种具有极端干燥耐受性的石松类植物。单分子测序能够对单个杂合鳞叶植物进行准确的单倍型组装，揭示广泛的结构变异。我们观察到许多单倍型特异性缺失，由大量重复和高度甲基化的序列组成，并在年轻的 Gypsy LTR 反转录转座子中富集。这些元件很活跃，但很快被删除，表明“膨胀和清除”以维持较小的基因组大小。与所有其他陆地植物谱系不同，卷柏在其进化史上没有全基因组复制事件的证据，而是显示出独特的串联基因复制模式，反映了对极端干燥的适应。鳞叶植物干燥过程中基因表达的变化反映了在被子植物复活植物中观察到的模式。 鳞叶卷柏是一种具有极端干燥耐受性的石松植物。在这里，作者组装了其高度杂合的单倍型，并检查了干燥过程中基因表达的变化，这揭示了维持较小基因组大小和适应极端干燥的机制。
Plant genome size varies by four orders of magnitude, and most of this variation stems from dynamic changes in repetitive DNA content. Here we report the small 109 Mb genome of Selaginella lepidophylla, a clubmoss with extreme desiccation tolerance. Single-molecule sequencing enables accurate haplotype assembly of a single heterozygous S. lepidophylla plant, revealing extensive structural variation. We observe numerous haplotype-specific deletions consisting of largely repetitive and heavily methylated sequences, with enrichment in young Gypsy LTR retrotransposons. Such elements are active but rapidly deleted, suggesting “bloat and purge” to maintain a small genome size. Unlike all other land plant lineages, Selaginella has no evidence of a whole-genome duplication event in its evolutionary history, but instead shows unique tandem gene duplication patterns reflecting adaptation to extreme drying. Gene expression changes during desiccation in S. lepidophylla mirror patterns observed across angiosperm resurrection plants. Selaginella lepidophylla is a clubmoss with extreme desiccation tolerance. Here, the authors assemble its highly heterozygotic haplotypes and examine gene expression changes during desiccation, which shed light on the mechanisms for maintaining a small genome size and adaptation to extreme drying.
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