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"La célula vegetal": la investigación del genoma de la hierba original revela la historia de la evolución temprana de las plantas gramíneas


Árbol filogenético de Grass construido sobre la base de 480 genes nucleares de copia única y calibración de tiempo


Evolución de las familias de genes FZP y MADS-box relacionadas con el desarrollo de espiguillas en gramíneas

misterioso planeta uux.cn informado, según el Banco de Germoplasma de Especies Silvestres de China en el Suroeste Autor: Ma Peng Fei, Liu Yun: Poaceae Poaceae es la quinta familia más grande de angiospermas, alrededor de 770 pertenecen a 12,000 tipos , pero también Los más relacionados con la producción y la vida humana y la gran familia económicamente más valiosa. Las plantas de esta familia incluyen los principales cultivos alimentarios de los que dependemos para sobrevivir, forrajes como arroz, trigo, maíz, sorgo y una variedad de pastos , así como otras especies importantes de valor económico como juncos, aristas, caña de azúcar y bambú. Las plantas de esta familia también tienen importantes valores ecológicos y exhiben una amplia gama de adaptabilidad ecológica, desde bosques a pastizales, pantanos a desiertos, montañas a El sistema de clasificación de plantas divide a las gramíneas en 2-6 subfamilias, incluida la subfamilia de bambú, la subfamilia de Poa, la subfamilia de Pseudophylla, la subfamilia de Arundo, la subfamilia de Chrysanthemum y la subfamilia de Panicum, entre las cuales la subfamilia de bambú, excepto la madera, además de este bambú, también incluye la familia del arroz y algunos grupos de bambú herbáceo. En los últimos diez años, los estudios sistemáticos moleculares han dividido la familia de las gramíneas en 12 subfamilias, de las cuales las tres primeras subfamilias basales se han colocado en la subfamilia del bambú., Las 9 subfamilias restantes forman el Las gramíneas comunes y los cultivos ampliamente plantados provienen de las gramíneas centrales. La investigación existente en genética, genómica y evolución de las gramíneas se concentra aquí Sin embargo, las gramíneas base, que son la clave de la posición evolutiva del sistema, carecen de atención. En el sistema de clasificación inicial, las tres subfamilias en la base eran similares a los bambúes herbáceos en morfología y anatomía, y todas se colocaron en la subfamilia del bambú durante mucho tiempo. En la familia. Estas tres subfamilias tienen solo alrededor de 27 especies, pero conservan una gran cantidad de rasgos ancestrales de la familia de las gramíneas, que es un eslabón clave en el análisis del origen y evolución de los rasgos únicos de esta familia.

El equipo de investigación dirigido por el investigador Li Dezhu, del Instituto de Botánica de Kunming, Academia de Ciencias de China, ha estado comprometido con la investigación en taxonomía, filogenia y genómica del bambú durante muchos años. Con la profundización continua de la investigación, el trabajo de investigación ha comenzado de la subfamilia de bambú leñoso, los bambúes se han expandido gradualmente a bambúes herbáceos y grupos de base herbáceos. Recientemente, el equipo de investigación está analizando los genomas del bambú herbáceo diploide y el bambú leñoso hexaploide, y revelando la historia de alopoliploidización de la subfamilia de bambú basándose en esto., Apoyándose en el Banco de Recursos de Germoplasma de Vida Silvestre de China, se llevó a cabo el grupo de raíces Protograss Pharus Investigación en secuenciación del genoma y genómica evolutiva.Protograss es una de las dos primeras subfamilias de la familia Gramineae, se distribuye en los bosques tropicales de América Central y del Sur y es el primer grupo de las Gramineae en desarrollar una estructura de espiguillas.Las espiguillas son una estructura floral única desarrollada en la evolución de las gramíneas, y sus características morfológicas están estrechamente relacionadas con el rendimiento de los cultivos.

El equipo de investigación utilizó tres generaciones de tecnología de secuenciación PacBio y tecnología Hi-C para obtener ProtograssPharus latifolius La secuencia del genoma de referencia a nivel de cromosoma, el tamaño del genoma ensamblado es 1.0 Gb, y la confiabilidad y precisión del genoma se han evaluado mediante varios métodos. Comparando con los genomas de referencia de plantas gramíneas comunes como arroz, sorgo y Brachypodium galleta en comparación con,P. latifolius El genoma más grande está relacionado con la inserción de secuencias repetitivas más antiguas, y la distribución del contenido de GC del tercer codón del gen que codifica la proteína es diferente del grupo central de Gramineae, pero similar al grupo cercano de Gramineae, mostrando sus características genómicas Antigüedad. Al mismo tiempo, la tasa de evolución molecular de esta especie es mucho menor que la del grupo central de gramíneas. Un análisis exhaustivo de la colinealidad del genoma, la tasa de reemplazo de sinónimos de genes repetidos y la construcción de árboles filogenéticos revelaP. latifolius El evento de duplicación del genoma completo WGD ocurrió en la historia evolutiva, y se confirmó que el evento de duplicación se compartió con el grupo central, es decir, el evento ρ-WGD de las gramíneas, y se infirió que ocurrió en el Cretácico hace unos 98,2 millones de años. Aproximadamente 8 millones de años después, la línea de ramificación representada por el género Protogras se separó de otros grupos centrales. Sin embargo, el proceso de diploidización después de ρ-WGD se produjo en las gramíneas base y central. Hay enormes diferencias en las ramificaciones. La rama central de la hierba ha experimentado una pérdida genética repetida más rápida y más mutaciones a nivel cromosómico, que pueden estar relacionadas con la diferenciación por radiación de la rama central que produce más especies. En genómica evolutiva Con base en el análisis, el equipo de investigación también se centró en el análisis de la expresión transcripcional y la historia de evolución del gen FRIZZY PANICLE FZP y la familia de genes MADS-box relacionados con el desarrollo de espiguillas. Se encontró que el gen FZP está enP. latifolius Hay dos copias, una de las cuales forma un grupo hermano con genes de la subfamilia de bambú Phyllostachys pubescens, mientras que es una sola copia en los otros grupos centrales. Al mismo tiempo, se encuentra que el aumento en el número de genes que codifican la familia MADS-box está directamente relacionado con ρ-WGD La correlación de eventos proporciona una base para la verificación funcional posterior y el análisis final del mecanismo genético del origen y evolución del rasgo agronómico clave de la espiguilla gramínea.

Los resultados de la investigación se titulan "El genoma de Pharus latifolius cierra la brecha de la evolución temprana de la hierba" en la principal revista internacional de botánicaThe Plant Cell Publicado. Kunming Institute of Botany Germoplasm Resources El Dr. Ku Ma Pengfei y el Dr. Liu Yunlong son los primeros coautores del artículo, y el investigador Li Dezhu es el autor correspondiente. La investigación ha sido galardonada con el premio Strategic Leading Science and Technology Proyecto de la Academia China de Ciencias No. XDB31000000, el Proyecto Nacional Apoyado por la Fundación de Ciencias Naturales No. 31770239 y el proyecto Asociación de Promoción Juvenil de la Academia China de Ciencias No. Y201972.




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