华中农业大学Nature子刊公布测序新成果

生物通,2012-11-26

来自华中农业大学、新加坡基因组研究员以及加州大学河滨分校等机构的研究人员报告称他们绘出了甜橙（sweet orange）基因组草图，为未来了解及改善许多重要的柑橘性状提供了有价值的资源。相关成果发布在11月25日的《自然遗传学》（Nature Genetics）杂志上。

领导这一研究的是华中农业大学的邓秀新（Xiu-Xin Deng）教授和阮一骏（Yijun Ruan）教授。邓秀新教授是我国著名的果树学家。研究领域主要是果树生物技术，园艺作物遗传改良和植物种质资源评价与利用。2007年当选中国工程院院士。阮一骏教授长期从事基因组学研究，是基因组学研究领域国际知名战略科学家。曾在Nature（6篇）、Science（1篇）、Cell（2篇）等国际权威期刊发表40多篇高水平的学术论文。2011年受聘为华中农业大学“千人计划”专家。

柑橘属（Citrus）是一个大属，包含多个重要栽培品种甜橙（C. sinensis）、橘（Citrus reticulata）、柠檬（Citrus limon）、柚（Citrus grandis）和葡萄柚（Citrus paradisi）。根据联合国粮农组织（FAO）统计2009年全球柑橘栽培面积达900万公顷，产量达到1.223亿吨，居所有水果作物榜首。此外，柑橘类水果和果汁也是人类重要营养成分维生素C的主要来源。

柑橘类水果还具有一些独特的植物学特性，例如珠心胚现象（珠心细胞可以发育为与母株基因相同的无融合生殖胚胎）。因此，相比合子胚体细胞胚更为茁壮生长，幼苗基本上是母本的克隆。这些独特的特性阻碍了柑橘遗传学研究和育种改良。对其进行完整基因组测序将为改良柑橘作物提供有价值的遗传资源。

柑橘被认为原产于东南亚，至少4千年前人们便开始栽培这些水果作物。尽管有一些猜测甜橙可能来源于一些原始柑橘类物种的种间杂交，目前对于其遗传起源尚不清楚。柑橘属于无患子目（order Sapindales），是十字花目（Brassicales）的姊妹群，因此对于模式植物拟南芥比较基因组研究非常有价值。

在这篇文章中，研究人员完成了对瓦伦西亚甜橙甜橙（Valencia sweet orange）的基因测序。瓦伦西亚甜橙甜橙是最重要的甜橙品种之一，全球种植，主要供果汁生产。普通甜橙是二倍体，具有9对染色体，预计基因组大小约为367 Mb。为了减少测序基因组复杂性，研究人员获得了一个花培伦西亚甜橙双单倍体株。他们首先生成了来自双单倍体基因组DNA的全基因组鸟枪法双末端标记(paired-end–tag)序列读取。随后生成了来自亲本二倍体DNA的鸟枪测序读值，并将序列定位到单倍体参考基因组中获得了瓦伦西亚甜橙的完整基因组信息。

此外，研究人员还采用鸟枪法RNA测序对4种代表性组织进行了广泛转录组测序捕获了所有转录序列和RNA双末端标签（RNA-PET）鉴别了所有转录物的5′和3′末端。基于DNA和RNA测序数据，研究人员预测有29,445个蛋白质编码基因，其中一半为杂合子状态。测序另外两个柑桔品种，并比较分析7个柑桔基因组，研究数据表明甜橙起源于柚（pummelo）与柑橘（mandarin）的回交杂种（backcross hybrid）。侧重分析参与维生素C代谢的基因显示编码半乳糖醛酸酯信号通路限速酶的GalUR基因在柑橘类水果中显著上调，这一基因家族的扩增有可能为此提供了基因组基础。

新研究的基因组和转录组分析为我们提供了关于甜橙起源和维生素C代谢基因组基础的新认识，并为柑橘育种和遗传改良提供了丰富的遗传信息资源。