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栽培種和野生種辣椒的全基因組測(cè)序揭示辣椒屬的馴化與特異性
閱讀：330 發(fā)布時(shí)間：2014-3-13辣椒，又叫番椒、海椒、辣子、辣角、秦椒等，是一種茄科辣椒屬植物，且是世界上*具有辣味的植物。和西紅柿一樣，這種zui初被認(rèn)為果實(shí)有毒的植物，現(xiàn)今已是約20億人口日常飯桌上的常用蔬菜，但是對(duì)于這種植物的基因組特征、進(jìn)化、馴化及遺傳機(jī)制，科學(xué)家仍知之甚少。
來(lái)自遵義市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、深圳華大基因研究院和墨西哥生物多樣性基因組學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等13家科研院所合作完成的辣椒基因組研究成果于2014年3月3日在期刊《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表文章“Whole-genome sequencing of c*ted and wild peppers provides insights into Capsicum domestication and specialization”，公布了辣椒（Capsicum annuum L.）的基因組，此次測(cè)序的辣椒品種為遵義市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育的品種“遵辣1號(hào)”（Zunla-1）和其來(lái)自墨西哥的野生種“Chiltepin”。
文章的*作者是遵義市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士生覃成，通訊作者分別為四川農(nóng)業(yè)大學(xué)的張志明教授，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的胡開(kāi)林教授，遵義市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院的余吉平院長(zhǎng)，華大基因的尹燁博士，及墨西哥生物多樣性基因組學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Luis Herrera-Estrella研究員。
在這項(xiàng)研究中，研究人員分別對(duì)Zunla-1和Chiltepin進(jìn)行了全基因組測(cè)序，構(gòu)建了高密度的連鎖圖譜，并組裝得到高質(zhì)量的基因組精細(xì)圖譜。兩個(gè)基因組大小約為3.3Gb，分別有35,336和34,476個(gè)基因，12對(duì)染色體，其中約90%的基因都錨定到這些染色體上。
研究發(fā)現(xiàn)辣椒基因組包含大量的重復(fù)序列，約有2.7Gb（占基因組大小的81%），遠(yuǎn)高于其在西紅柿（479Mb，61%）和馬鈴薯（399Mb，61%）中的含量，并且以Gypsy（54.5%）和Copia（8.6%）兩種類型的重復(fù)序列為主。進(jìn)一步的進(jìn)化分析表明Gypsy在約30萬(wàn)年時(shí)發(fā)生了大規(guī)模的擴(kuò)張和復(fù)制，導(dǎo)致辣椒基因組是西紅柿和馬鈴薯基因組大小的4倍。
在對(duì)辣椒與其他茄科植物的比較基因組及進(jìn)化分析中，研究人員發(fā)現(xiàn)，辣椒和西紅柿、馬鈴薯一樣，經(jīng)歷了一次三倍化事件和一次全基因復(fù)制事件，但是由茄科中分化出的辣椒屬分支并未發(fā)生全基因組的復(fù)制，進(jìn)一步證實(shí)辣椒的基因組擴(kuò)張是由近期重復(fù)序列的擴(kuò)張復(fù)制導(dǎo)致的。相對(duì)于馬鈴薯和西紅柿，辣椒基因組產(chǎn)生了大量的重排和異位事件。
辣椒基因組序列為茄科植物的生物學(xué)研究提供了寶貴的新資源。在這項(xiàng)研究中，對(duì)18個(gè)栽培品種和2個(gè)其他野生種的重測(cè)序數(shù)據(jù)分析鑒定得到511個(gè)候選的馴化基因，這可能解釋野生和栽培種辣椒之間的差異；在這些基因中有一些可能與種子休眠縮短、抗病原體和抗逆性增強(qiáng)以及儲(chǔ)存壽命增加有。同時(shí)，不同辣度的辣椒相關(guān)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的比較分析揭示辣椒素合成的相關(guān)基因，其中兩個(gè)相鄰的酰基轉(zhuǎn)移酶基因（AT3-D1和AT3-D2）可能負(fù)責(zé)辣椒素的zui終合成，初步解釋了“辣椒為什么會(huì)辣”這個(gè)備受關(guān)注的生物學(xué)問(wèn)題。另外，研究人員還對(duì)辣椒和西紅柿果實(shí)的發(fā)育進(jìn)行了深入的比較分析，獲得了辣椒果實(shí)成熟后仍然堅(jiān)硬等生物學(xué)特性相關(guān)的候選基因。這些發(fā)現(xiàn)為辣椒開(kāi)展分子標(biāo)記輔助育種提供了重要的基因資源。
美國(guó)農(nóng)藝學(xué)會(huì)主席、新墨西哥州立大學(xué)辣椒研究所所長(zhǎng) Paul Bosland教授表示，“中國(guó)科學(xué)家主導(dǎo)的高質(zhì)量辣椒基因組圖譜的完成為辣椒的研究打開(kāi)了新的一頁(yè)。該圖譜將促進(jìn)辣椒抗性、品質(zhì)等重要農(nóng)藝性狀基因的定位研究，為通過(guò)分子育種進(jìn)行辣椒品種改良奠定基礎(chǔ)，同時(shí)還將促進(jìn)茄科植物的進(jìn)化研究，以及果實(shí)發(fā)育機(jī)理等基礎(chǔ)生物學(xué)研究”。