燕麦单染色体特异标记开发和A基因组起源的研究
批准号:
32070359
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
刘青
依托单位:
学科分类:
植物资源保护与利用
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘青
中文摘要
多倍化是物种形成和进化的重要驱动力之一。燕麦(Avena sativa)是多倍化研究的模式植物,受限于庞大的复杂基因组,其细胞学图谱构建落后于其他模式植物。本项目根据前期燕麦属基因组学研究的新发现,结合纳米孔测序数据和细胞遗传学技术,针对燕麦属染色体进化研究的主要瓶颈问题,开展以下研究:(1)根据长颖燕麦和异颖燕麦基因组数据,构建寡核苷酸荧光原位杂交技术体系,准确识别燕麦单条染色体;(2)采用荧光原位杂交技术,检测长颖燕麦特异的反转录转座子,筛选燕麦A基因组特异的重复序列探针。本项目以燕麦属野生代表种的基因组序列为切入点,在单拷贝核基因和重复序列水平开发细胞学标记,用于燕麦细胞学图谱构建,形成对野生种基因组资源的预览,更新人们对燕麦A基因组起源的传统认识,为燕麦起源和遗传改良提供开拓性成果。
英文摘要
Polyploidization is one of the important driving forces of speciation and evolution. Oat (Avena sativa) is a typical allohexaploid model plant, and its cytological map construction lags behind other model plants due to the restriction of huge and complex oat genome. In the project, the major bottleneck problems in oat chromosome evolution study will be investigated by the integration of genome sequencing data with Oxford Nanopore Technologies (ONT) and cytogenetic technologies, according to our team's new discovery in Avena genomics. The project aims to: (1) synthesize the oligonucleotide probe pools from the genomic data of A. longiglumis and A. eriantha, and estabilish the oligonucleotide fluorescence in situ hybridization (Oligo-FISH) labelling technology system to identify the individual chromosome of oat; (2) design the species-specific retrotransposon probes from genomic data of Avena wild representative species by FISH experiments, to screen oat A-genome specific repetitive DNA probes. The project objectives are to develop the cytological markers of single-copy nuclear genes and repetitive DNA sequences used in the oat cytological map construction, form the preview of Avena wild genomic resources, and update people's traditional understanding of the oat A-genome origin based on the genomic data of Avena wild representative species, providing the pioneering achievements for the genome origin and genetic improvement of oat.
项目背景:燕麦是多倍化研究的模式植物,受限于庞大基因组,染色体进化研究的基础薄弱,而其野生二倍体物种基因组相对小,是抗逆性、适应性的基因来源。研究表明,单拷贝序列特异性好而染色体分布密度低,目前利用单拷贝探针,构建作物野生近缘种分子核型的研究较少。本项目组装燕麦A基因组祖先—长颖燕麦染色体级别的基因组序列,构建燕麦野生种单染色体分子核型,筛选野生种特异的重复标记。研究结果拓宽燕麦A基因组起源的认知。.主要研究内容: 我们针对燕麦野生种,攻克单染色体“卡脖子”关键难题,在国际上率先采用双接头策略标记单拷贝探针库,构建Barcode Oligo-FISH技术,精确率提高到99%,节约成本73%,为大基因组作物单染色体提供鉴定工具,获授权专利一件。.重要结果和关键数据:组装长颖燕麦染色体级别基因组大小3.85 Gb,注释40,845个蛋白质编码基因,重复序列占比87%, 核心基因(C+S)BUSCOs分值远高于燕麦和岛屿燕麦,在重复区域连续性、准确性和完整性均有优异表现。自主研发Oligo-FISH新型技术,构建长颖燕麦单染色体分子核型。发现禾本科BOP (Bambusoideae、Oryzoideae 和 Pooideae) 进化支rho事件衍生的基因组进化模型,燕麦野生种近端粒区域 (10.6%–37.2%) 发生染色体易位,这些二倍体祖先的遗传物质,增强了燕麦的环境适应性。组装长颖燕麦线粒体基因组序列548,445 bp,由七个散在重复序列介导四个异构体,1.5%线粒体DNA与叶绿体基因组同源,85.0%线粒体DNA与核基因组同源。组装燕麦属11个物种的叶绿体基因组,系统发育研究支持燕麦属有两个进化支,长颖燕麦位于A基因组进化支的基部位置。整合基因组学和分子细胞遗传学数据,阐明燕麦A基因组起源及其野生种质多样性,标注论文发表在Scientific Data和BMC Plant Biology等基因组学Top期刊。.科学意义:研发燕麦野生种单染色体Barcode Oligo-FISH技术,提出燕麦A、D基因组独立起源,支持燕麦A基因组多起源理论,鉴定A基因组特异的重复序列,证明长颖燕麦位于A基因组进化支的基部位置,发现长颖燕麦线粒体基因组与核基因组的DNA转移规律,为燕麦A基因组起源及种质多样性形成和维持机制提供证据。
基于寡核苷酸荧光原位杂交技术探究燕麦D基因组起源和染色体进化
-
批准号:32370402
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:50万元
-
批准年份:2023
-
负责人:刘青
-
依托单位:
长颖燕麦单染色体图谱构建
-
批准号:--
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:10.0万元
-
批准年份:2021
-
负责人:刘青
-
依托单位:
高粱属分子系统学及栽培高粱和约翰逊草基因组起源的研究
-
批准号:31270275
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:80.0万元
-
批准年份:2012
-
负责人:刘青
-
依托单位:
虎尾草族核心群Chloris group的系统演化研究
-
批准号:30700043
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:16.0万元
-
批准年份:2007
-
负责人:刘青
-
依托单位:
国内基金
海外基金