菊类植物基因组多倍化和重复基因功能分化的系统发育基因组学研究
批准号:
32070247
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
戚继
依托单位:
学科分类:
植物系统发生与进化
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
戚继
中文摘要
基因组多倍化通过染色体环境的整体复制产生大量重复基因,是产生新基因和新功能的进化源泉。重复基因在进化过程中发生的功能分化可以促进生殖隔离和物种形成,有利于增加后代类群的生物多样性和环境适应性。菊类植物是真双子叶植物的主要类群之一,它具有高度的生物多样性和广泛的地理分布,包含多种重要作物、药材和耐受极端环境的植物。菊类植物多个类群在进化过程中发生过全基因组重复,因此是研究多倍化促进物种形成和物种分化的良好材料。在本项目中,我们将从菊类植物的物种谱系出发选择若干代表性物种,筛选一批包含丰富信息位点的低拷贝核基因,为研究全基因组重复提供稳定的系统发育关系框架。进一步使用比较基因组学和系统发育基因组学方法发现菊类进化过程中经历的多倍化事件,从转录调控、关键位点突变和自然选择压力等角度研究重复基因在后代物种中发生的新功能化和亚功能化,为揭示基因组多倍化促进物种形成和植物适应逆境的分子机制提供依据。
英文摘要
Polyploidization or whole genome duplication doubles the whole chromosome environment and results in a great many duplicated genes in genomes of descendants. These gene duplicates are considered as major driving force for evolution of novel gene functions and for improvement of evolutionary adaptation. Potential functional divergence among gene duplicates benefits biodiversity due to reproductive isolation. As one of the two major groups in core eudicots, asterids own many species that widely spread around the globe, including crops, herbal plants and many species living in extreme environments. Asterids, of which many groups are known to exhibit polyploidization events during their evolution, are considered as good materials for studies on speciation and differentiation. In this project, we will select typical species among different clades of asterids, to reconstruct a phylogenetic tree of asterids by using low-copy nucleic genes containing sufficient informative sites. In addition, we will investigate the potential polyploidization events during the evolution of asterids by using comparative genomic and phylogenomic analyses. This study will reveal neo-functionalization and sub-functionalization of duplicated genes in offspring genomes of asterids by considering effects of transcription regulation, causal mutations and nature selection, and will provide molecular clues for understanding how whole genome duplication promotes speciation and environmental adaptation.
菊科植物在进化过程中经历了多次全基因组重复事件,为其丰富的生物多样性提供了重要的遗传基础。全基因组重复通过染色体环境的整体复制,为新基因和新功能的产生提供了进化动力。本研究结合转录组测序和公共数据,分析了102科365种菊类植物的基因同源关系。通过系统发育基因组学分析筛选出一组低拷贝基因,构建了稳定菊科植物系统发育树。结果显示菊科的各亚科和族均形成了单系群,解决了若干关键类群的亲缘关系争议。通过大规模分析基因树拓扑结构,发现了菊科基因重复事件在不同类群分布的规模和种类。结果表明菊科植物在进化早期经历了一次古老的基因组多倍化事件,随后通过染色体重排和重复基因的丢失推动了10个亚科的快速分化。通过分析子代基因组中保留的重复基因在功能上的偏好性,发现多倍化可能是菊科植物在剧烈环境变化下实现快速适应和物种分化的关键因素。本研究不仅为菊科植物进化过程中发生过的多次全基因组重复事件提供了直接证据,还为植物染色体多倍化促进增加生物多样性提供了新的线索。在系统发育基因组学研究中,转录组测序数据是获得物种基因序列集合的重要来源,为基因功能解析和进化模式研究提供了关键分子信息。然而,目前的转录组拼接结果中经常包含大量的碎片、冗余序列和嵌合序列,这对同源基因进化和功能研究带来了挑战。为此我们开发了一种新的生物信息学方法,通过马尔科夫聚类和近缘物种基因组信息辅助改进拼接。该方法不仅能够有效去除冗余和拼接碎片,还能重建较为完整的编码序列,可以有效用于基于转录组数据的系统发育基因组学研究中。利用重复基因之间的遗传变异位点分布模式,可以从多倍化物种的转录组数据中区分和拼接重复基因的不同拷贝,为多物种基因家族的进化研究提供了强有力的工具。
基于空间转录组学推断被子植物进化早期花器官建成的基因调控网络
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批准号:32370232
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:戚继
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依托单位:
十字花科祖先染色体多倍化后基因组动态变化的分子机制研究
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批准号:31770244
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2017
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负责人:戚继
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依托单位:
基于系统发育基因组学方法分析被子植物多倍化和重复基因的保留机制
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批准号:31570224
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2015
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负责人:戚继
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依托单位:
结合高通量测序技术研究SPL及其下游基因在拟南芥花药发育早期细胞分裂、分化过程中的作用及信号网络
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批准号:31371330
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2013
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负责人:戚继
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依托单位:
基于高通量测序数据分析的微生物鉴定新方法及其在人类肠道微生物研究中的应用
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批准号:31100094
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2011
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负责人:戚继
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依托单位:
国内基金
海外基金