银杏性染色体进化阶段的确定及进化驱动力研究
批准号:
32071484
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
赵云鹏
依托单位:
学科分类:
生态学理论与方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵云鹏
中文摘要
性别决定机制和性染色体进化是进化生物学的核心研究主题,重组抑制和基因退化是性染色体早中期进化的关键过程。植物性染色体起源时间跨度较大,多数较年轻,更适合研究其早期进化和时序过程。但植物性染色体研究案例仍极少且集中于被子植物中进化初期阶段的性系统,缺少起源更早的性系统进化机制的研究。本项目在前期鉴定了银杏X染色体上性别决定区域和3个进化断层且起源时间至少72mya的基础上,拟采用双亲本PacBio HiFi测序+F1代雄株stLFR测序的策略,获得高质量雄性基因组,评估重组抑制规模和基因退化程度,确定进化阶段;通过检验背景选择、米勒齿轮效应、遗传漂移、垃圾里的红宝石假说,阐明银杏Y染色体退化机制。本研究不仅可增进对银杏和裸子植物性染色体进化和性别决定机制的理解,还为陆地植物性系统进化提供了起源较早的案例,是连接被子植物与苔类植物的关键一环,从而促进植物性系统进化时序过程和平行进化机制的比较。
英文摘要
Sex determination mechanisms and sex chromosome evolution are central themes of evolutionary biology. Recombination suppression and gene degeneration play key roles in the origin and early evolution of sex chromosomes. Unlike animals, whose sex-determination systems have been well-studied and are known to be ancient, plants appear to have sex-determination systems evolved independently at different evolutionary times, allowing study of the time course of events in the evolution of sex chromosomes. However, hitherto limited empirical studies on plant sex chromosome evolution were focused on initial and early stages when recombination has not massively developed let alone gene degeneration. In our previous study, a ~4 Mb sex-determination region with three evolutionary strata were identified on the X chromosome of Ginkgo biloba, which was originated at least 72 mya older than all known ages of plant chromosomes. We propose to address recombination suppression and gene degeneration of ginkgo's sex chromosomes based on assembling a high-quality Y chromosome genome using on the strategy of Trio binning, i.e., sequencing parents using the PacBio HiFi platform and sequencing male F1 hybrid using the stLFR approach. Four hypotheses, i.e., background selection, Muller rachet, genetic hitchhiking and “a ruby in the rubbish”, will be statistically tested to elucidate the evolutionary forces driving gene degeneration. Our results will not only gain novel insights into sex chromosome evolution of ginkgo and gymnosperm, but provide a key node on the tree of sex linking both older and younger sexual system, as well as linking both angiosperms and liverworts. Such a comparison will ultimately lead to a comprehensive understanding of the time course and convergence of sex chromosome evolution in plants.
性别决定机制和性染色体进化是进化生物学的核心研究主题,重组抑制和基因退化是性染色体早中期进化的关键过程。植物性染色体起源时间跨度较大,多数较年轻,更适合研究其早期进化和时序过程。但植物性染色体研究案例仍极少且集中于被子植物中进化初期阶段的性系统,缺少起源更早的性系统进化机制的研究。本项目以孑遗植物银杏(Ginkgo biloba)为研究体系,基于雄性全基因组HiFi测序和Hi-C测序数据,分相组装了雄性二倍体基因组,确定了XX/XY型性别决定系统及雄性性染色体和重组抑制区。基于雌雄基因组重组抑制区内直系同源基因对的分化,推断银杏性染色体起源时间约189百万年前,支持裸子植物性染色体同样为多次独立起源。雌、雄X染色体重组抑制区内的基因表达水平支持不完全剂量补偿效应。“遗传搭车”和“垃圾里的红宝石”两个模型共同解释银杏性染色体的演化动力机制。鉴定了位于Y染色体连锁区域的两个B类MADS-box基因为银杏性别决定基因。新开发了银杏性别鉴定分子探针,具有准确率高、对退火温度不敏感的优点。本研究不仅增进了对银杏和裸子植物性染色体进化和性别决定机制的理解,促进植物性系统进化时序过程和平行进化机制的比较。本课题圆满完成3个预期研究目标,并在New Phytologist、Journal of Ecology等期刊上共发表高水平学术论文5篇,申请国家发明专利3项(已授权1项)。
银杏次生代谢物性二态性时空格局的遗传基础和适应性进化
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批准号:32371691
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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:赵云鹏
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依托单位:
基于多组学方法的银杏次生代谢物多样性的遗传基础与进化成因研究
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批准号:LZ21C030003
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2020
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负责人:赵云鹏
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依托单位:
银杏不同避难所种群动态历史对第四纪气候振荡的特异性响应机制研究
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批准号:31870190
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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:2018
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负责人:赵云鹏
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依托单位:
银杏小尺度遗传结构与基因流:基于天目山“避难所”群体的SSR研究
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批准号:31000102
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2010
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负责人:赵云鹏
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依托单位:
国内基金
海外基金