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国际著名学术刊物《自然-遗传学》在线发表由我校完成的甜橙基因组

[ 添加日期:2012-11-26 点击率:6861 评论数:0 条]

    2012年11月26日 (北京时间) 我校在国际著名学术刊物《自然-遗传学》在线发表了题为“甜橙基因组图谱”(The draft genome of sweet orange)的研究论文http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/full/ng.2472.html。该研究成果是由我校主导完成的果树基因组图谱。甜橙基因组的完成将在理论上为柑橘基因功能研究提供框架,也将在应用上为果实品质包括色、香、味等重要性状基因的遗传选育发掘及品种改良提供重要平台。这也是世界上第一例芸香科植物基因组图谱,因而会极大地促进植物的进化和基础研究。
    柑橘是世界最重要的果树之一,其栽培面积和产量在所有果树中排名第一。甜橙是世界第一大柑橘类型,产量占全世界柑橘产量的60%左右,且橙汁是世界三大饮料之一,是提供人类所需维生素C的重要来源,对人体健康和经济发展均具有重大影响。因此,解码甜橙基因组对于甜橙资源的挖掘及品种改良具有重要意义。
    我国是世界上重要的柑橘原生中心,我国栽培柑橘的历史悠久,4000年前已有经济栽培。甜橙品种"伏令夏橙"即可鲜食,同时也是全球最大的加工橙汁品种。我校的甜橙基因组研究团队对这一甜橙品种采用最先进的全基因组鸟枪测序法(WGS)及远程配对末端标记策略, 拼接组装所获得的基因组序列覆盖率近90%,获得注释的基因约3万个。通过结合遗传标记和染色体原位杂交分析,甜橙基因组序列被进一步整合到已知的9条染色体, 因此完成了对甜橙基因组接近完全的解码和基因定位。
    通过对基因组数据的分析,该团队发现甜橙基因组中约有一半的基因处于杂合状态,并有显著的橘和柚的遗传特征,其中橘的遗传成分约占3/4,柚的遗传成分占1/4,据此提出了甜橙起源的新理论,即甜橙来源于柚做为母本和橘杂交,其后代再与橘杂交而形成的杂种。
    通过基因表达以及基因组比较分析,发现了一个可能在甜橙果实内大量合成维生素C的关键基因。该基因家族的扩增、快速进化、功能分化以及组织特异表达等可能与甜橙果实大量合成维生素C有关。
    该项目由我校邓秀新院士和“千人计划”学者阮一骏教授领衔完成,参与的团队包括我校的柑橘研究、园艺学和生物信息学的科研团队以及相关的国际合作。我校柑橘研究团队长期坚持柑橘种质资源与遗传改良研究,并认识到基因组学对遗传改良的重要性。自2003年起,积极参与国际柑橘基因组合作计划,此后由于国家经费管理制度等原因,团队逐渐退出了这一计划。2011年,国际知名基因组学科学家阮一骏博士受聘为“千人计划”教授,加盟我校,和邓秀新院士共同启动了我校自己的甜橙基因组计划。该项目由柑橘研究团队徐强博士从美国留学回国具体主持,与生科院阮晓安博士主导的DNA测序和陈玲玲教授参与的生物信息分析,充实了甜橙基因组团队。经过一年多的攻关努力,完成了甜橙基因组序列图谱的绘制及分析。分析人士指出,我校该项研究成果对柑橘基因及重要农艺性状的解析具有里程碑的作用,处于世界领先水平,将大大提升我国在世界柑橘研究的影响力和地位。


资料链接

柑橘全球情况
    柑橘2010年全球产量1.24亿吨(123.7 million tons),占世界水果总产量的20.3%;栽培面积864万公顷(8.6 million hectares),在所有果树中均排在第一位。 在各大洲分布中,亚洲、南美洲和非洲的产量最大,分别占总产量的42%、26%和11%。从全球各柑橘主产国的生产情况看,2010年产量超过200万吨的主产国,主要包括中国、巴西、美国、墨西哥、西班牙、印度、土耳其、埃及、尼日利亚、意大利、伊朗、阿根廷、巴基斯坦、南非和印度尼西亚等15个国家。
    柑橘栽培类型包括甜橙,橘,柚,柠檬,葡萄柚等,其中甜橙为第一大柑橘类型,2010年产量占全球柑橘产量的56%。世界柑橘鲜果及其加工品的贸易呈快速发展的态势,具体来说,1990年柑橘属水果出口总额17.65亿美元,到2010年出口额达到105.94亿美元。世界柑橘贸易以甜橙(包括橙汁)贸易为主,无论是进口还是出口,都占全球柑橘贸易的50%左右。

中国的情况
    近30年来,中国柑橘栽培面积和产量增长很快,2010年我国总产量2645万吨,种植面积为221万公顷(农业部公布数据),是世界柑橘第一生产大国。
    我国柑橘分布在北纬16°~37°之间,海拔最高达2600米(四川巴塘),南起海南省的三亚市,北至陕、甘、豫,东起台湾省,西到西藏的雅鲁藏布江河谷。但我国柑橘的经济栽培区主要集中在北纬20°~33°之间,海拔1000米以下,也就是长江流域及以南地区。
    目前我国大陆有19个省(市、自治区)生产柑橘,其中福建、浙江、四川、湖南、广西、广东、湖北、江西、和重庆等9个省(市)是主产区,全国种植柑橘的县(市、区)有985个。我国栽培柑橘类型十分丰富,通常分为柑、橘、橙、柚、柠檬、金柑、枸橼以及观赏的四季橘。从2008年开始,无论是从种植总面积上看,还是从总产量上看,我国已经超过巴西成为世界柑橘第一生产大国,2010年,我国柑橘产量达到2393.80万吨,种植面积为201.11万公顷。
    我国柑橘的成熟期较为集中,主要在10、11和12月份。其中温州蜜柑和柚子主要集中在10到11月份,脐橙和椪柑主要集中在11、12和1月份;夏季成熟的品种比较少,主要有夏橙,而且比重较低。目前我国柑橘品种熟期结构有一定的不合理性,某些品种存在滞销现象,要达到其他柑橘生产发达国早中晚熟2︰3︰5的比例,仍需继续努力。

柑橘基因组

    果树作物包括葡萄、番木瓜、苹果、草莓、可可、椰枣等基因组已经发表。国际柑橘基因组计划2003年启动,2011年1月释放了克里曼丁橘和甜橙的基因组草图,其中克里曼丁橘测序材料为纯系,拼接质量较高,而甜橙因为用杂合体做测序材料,拼接效果不好。
    克里曼丁橘主要栽培在地中海地区,美国、巴西和中国等国家的科学家期望获得高质量的甜橙基因组图谱(甜橙为第一大柑橘类型)。华中农业大学邓秀新院士领衔的柑橘研究团队长期坚持柑橘种质资源与遗传改良研究,于2009年构建了甜橙的基因组文库,2010年通过花粉诱导培养获得了甜橙双单倍体纯系材料,该纯系材料是基因组测序的理想材料。
    2009年华中农业大学构建了生物信息平台,引进张红雨、陈玲玲等生物信息专家。2011年华中农业大学引进了“千人计划”、基因组学研究领域国际知名科学家阮一骏教授。他建立了先进的基因组学研究方法体系—全基因组双末端标记测序系统(Paired-End-Tag),简称PET。
    2011年,华中农业大学组织园艺学、基因组学和生物信息学的科研人员启动了甜橙基因组计划。


编辑:taotaozi
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