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碱蓬染色体规模的基因组序列揭示了盐生植物的盐胁迫耐受性

开心的月饼 2023-09-26 08:39:37 健康养生

土壤盐分日益引起全球农作物生产和人类可持续发展的关注。因此,了解耐盐机制并识别耐盐基因以增强作物对盐胁迫的耐受性至关重要。

碱蓬染色体规模的基因组序列揭示了盐生植物的盐胁迫耐受性

S.glauca是一种很好适应海水环境的盐生植物,具有在细胞内吸收和保留高盐浓度的独特能力,特别是在其叶子中,这表明存在独特的耐盐机制。

在这项研究中,作者对S.glauca基因组进行了从头测序。基因组大小为1.02Gb(由两组单倍型组成),包含54,761个带注释的基因,包括等位基因和重复序列。

比较基因组分析揭示了S.glauca和B.vulgaris的基因组之间存在很强的同线性。在S.glauca基因组中,70.56%包含重复序列,其中Retroelements最为丰富。

利用S.glauca基因组的等位基因感知组装,我们研究了分析样本中的全基因组等位基因特异性表达。结果表明,启动子序列的多样性可能有助于一致的等位基因特异性表达(详细信息请参阅全文)。

典型的被子植物花由四个轮生:萼片、花瓣、雄蕊和心皮,尽管某些物种可能会出现这种排列方式的偏差。在S.glauca中,仅观察到三个轮生,第一轮显着退化,第二轮表现出萼片状特征。第三轮和第四轮显示正常表型。

为了确认青冈花第二轮的萼状特征,研究人员分析了参与光合作用和叶绿素合成相关途径的基因的表达。

聚类热图显示,在第二轮中检查的基因的表达模式与萼片中的相似。此外,对ABCE基因家族的系统分析揭示了青花草花形态的形成,表明A类基因的功能障碍是青花草没有花瓣的原因。

为了从基因组角度深入了解碱蓬属植物的耐盐机制,他们对碱蓬属植物进行了比较基因组分析,包括碱蓬(苋科耐盐植物)和其他非碱蓬属植物。-来自同一科的耐盐物种。

结果显示,这两种耐盐碱蓬物种的基因家族显着扩展,总共包含1,840个基因。对这些基因的富集分析揭示了碱蓬物种共享扩展基因家族中与DNA修复、染色体稳定性、DNA去甲基化、阳离子结合和红/远红光信号通路相关的基因本体(GO)术语的显着富集。

与苋科非盐生物种相比,碱蓬物种的扩展基因主要富集于“DNA/染色质稳定性维持”功能。这表明“DNA/染色质稳定性维持”的作用可能在碱蓬植物的耐盐性中发挥着至关重要的作用。

为了进一步验证上述观察结果,研究人员对盐处理的碱蓬植物进行了时间RNA序列分析。显示了盐处理后不同时间点差异表达基因的聚类分析。值得注意的是,过渡基因被认为是青冈应对盐胁迫的稳定反应机制。

有趣的是,叶子中转变上调的基因主要与DNA修复和染色体稳定性有关,以及与脂质生物合成过程和类异戊二烯代谢过程相关的GO富集。这些结果与之前对S.glauca基因家族扩展的分析一致。

此外,转录因子的全基因组分析表明FAR1基因家族显着扩展(详细信息请参阅全文)。然而,还需要进一步研究来确定FAR1基因家族在S.glauca耐盐性中的确切作用。

研究人员说,在这项研究中,我们在染色体水平上从头组装了S.glauca的单倍体基因组。基因组序列质量高,注释广泛,可作为盐生植物青草的参考基因组。

此外,我们阐明了盐生植物中涉及“DNA/染色质稳定性维持”的新型耐盐机制。他们说,据我们所知,这种耐盐机制是盐生植物中最近发现的,可能为增强作物耐盐性提供新的见解和途径。


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