【动植物研究动态】20220522文献解读

目录

• Nature | 瑞典隆德食品科学组织：燕麦基因组为健康谷物提供新见解
• PBJ｜南京农大宋庆鑫：创制大豆EMS突变体库并构建其综合数据库：包含1044份突变体重测序获得的全基因组突变信息
• PBJ | 美国唐纳德植物科学中心：CRISPR/ Cas9介导“绿色革命”SD-1基因突变使苔麸抗倒伏
• 中药基因组文章集丨多组学联合分析本草基因组学( herbgenom- ics) 的研究范畴、研究思路、具体研究内容
• Plant Com丨中科院上海辰山植物园：甘薯基因组学和育种研究的现状与未来
• Plant Com | 北京农林科学院赵久然&王天宇：开发基于玉米单倍型标签多态性的基因组学数据库及分析工具
• Mol Plant | 山东师范大学王宝山：二色补血草高质量基因组揭示盐腺发育和耐盐演化机制
• New Phytologist | 华大&德国马普所：解析无细胞壁“裸藻”超级生命力的分子遗传机制
• Plant, Cell & Environment | 西北农林科技大学康振生：通过全基因组关联研究解析并挖掘了小麦幼苗叶片气孔指数的遗传基础和重要调控基因TaHXK3-2A

Nature | 瑞典隆德食品科学组织：燕麦基因组为健康谷物提供新见解

The mosaic oat genome gives insights into a uniquely healthy cereal crop

栽培燕麦 (Avena sativa L.) 是一种异源六倍体 (AACCDD, 2n = 6x = 42)，在 3,000 多年前被驯化，同时作为杂草在安纳托利亚的小麦、二粒小麦和大麦田中生长。燕麦具有低碳、健康以及替代动物性食品的潜力。然而，缺乏完整注释的参考基因组阻碍了对其复杂的进化历史和功能基因动力学的研究。该研究解析了燕麦A基因组及其二倍体（Avena longiglumis，AA，2n = 14）和四倍体（Avena insularis，CCDD，2n = 4x = 28）祖先的高质量参考基因组。揭示了燕麦基因组的镶嵌结构，追踪了燕麦多倍化历史中的大规模基因组重组，并说明了与燕麦基因组结构相关的育种障碍。通过对与人类健康和营养有关的基因家族的详细分析，增加了支持无麸质食品中燕麦安全的证据，并且通过测序对与水利用效率相关的农艺性状进行了基因定位。燕麦属的这一资源将有助于利用来自其他谷物基因组的知识，提高对基本燕麦生物学的理解，并加速基因组学辅助育种和数量性状研究的再分析。

点评：小作物（对欧洲或许很重要），研究的东西也不多，组装注释+比较基因组+基因定位，发Nature主刊，很强悍。因为人家确认是找到了有意思的东西，如油脂和β-葡聚糖浓度的关联基因。

Code：https://github.com/PGSB-HMGU/oatkmers

PBJ｜南京农大宋庆鑫：创制大豆EMS突变体库并构建其综合数据库：包含1044份突变体重测序获得的全基因组突变信息

iSoybean: a database for the mutational fingerprints of soybean

通过EMS诱变创建了大豆诱变突变体库，并利用全基因组测序绘制了1044份大豆突变体种质的全基因组突变信息。共鉴定了6,774,731个单碱基突变，突变密度达到6.7个突变/Kb。重要的是，92.9% （49,153）的大豆基因含有非同义突变，平均每个基因含有8.5个非同义突变。其中41.8%（22,092）的大豆基因含有蛋白质截短变异，包括提前终止，起始密码子丢失和剪切位点变异。除了单碱基变异，分别有1,018和401基因受到Indel和大片段缺失的影响。

进一步通过含有GmKIX8-1、GmE1和GmDCL3基因功能缺失突变的突变体表型，明确了该突变体库在大豆反向遗传学研究中的作用。

为了促进EMS突变体库在大豆正向和反向遗传学研究中的利用，该研究建立了大豆突变图谱网站iSoybean(www.isoybean.org)，并免费提供大豆突变体种质。

点评：研究很简单，分析就做了个变异检测。不过对育种有意义，重要的是免费提供突变体，这很难得！

PBJ | 美国唐纳德植物科学中心：CRISPR/ Cas9介导“绿色革命”SD-1基因突变使苔麸抗倒伏

CRISPR/Cas9-Mediated Tetra-allelic Mutation of the ‘Green Revolution’ SEMIDWARF-1 (SD-1) Gene Confers Lodging Resistance in Tef (Eragrostis tef)

苔麸（Teff）一种在埃塞俄比亚种植的古老谷物，是数百万人赖以生存的主粮和经济作物，也是有价值的饲料作物。然而倒伏限制了苔麸的生产，用传统的育种方法难以培育抗倒伏品种。赤霉素（GAs）可刺激植物茎的伸长，增加植株高度。GA-20氧化酶（GA-20 oxidase）作为GA生物合成及调控重要的酶，直接催化生成有生物活性的GAs。SD-1是一种编码GA-20氧化酶的基因，通过敲除苔麸中与水稻SD-1同源的基因能导致赤霉素缺乏，进而培育半矮化抗倒伏苔麸株系。作者在Tef SD-1基因外显子区域设计了两个gRNAs进行敲除突变并进行了表型验证。

点评：绿色革命基因在近缘物种中的应用，研究中规中矩，但是第三世界的福音。

中药基因组文章集丨多组学联合分析本草基因组学( herbgenom- ics) 的研究范畴、研究思路、具体研究内容

中草药基因组研究是近些年热点之一，铁皮石斛、掌叶覆盆子、地黄、北马兜铃、流苏马兜铃.......，有时间看看。

Plant Com丨中科院上海辰山植物园：甘薯基因组学和育种研究的现状与未来

Exploring and exploiting genetics and genomics for sweetpotato improvement: Status and perspectives

该综述首先总结了六倍体甘薯的基因组学资源，包括参考基因组、数据库和可用的生物信息学工具；接着回顾了甘薯多倍体的研究现状，包括甘薯起源和种质多样性的研究、重要农艺性状的连锁图谱；随后概述了甘薯的传统育种和分子育种方法；最后讨论了甘薯遗传研究的未来目标和改良计划。

点评：综述是快速提高IF的法宝。

Plant Com | 北京农林科学院赵久然&王天宇：开发基于玉米单倍型标签多态性的基因组学数据库及分析工具

HTPdb and HTPtools: Exploiting maize haplotype-tag polymorphisms for germplasm resource analyses and genomics-informed breeding

该研究利用全球范围收集的3,587份重要玉米自交系，基于Maize6H-60K芯片数据开发了一种基于单体型标签多态性的区块状标记HTP（haplotype-tag polymorphisms，一种在基因组上首位相接的区块状标记）， HTP数据库及分析工具，并同步开发了一种新的作图引擎“BCplot”，实现群体背景信息快速可视化。HTP标记及分析策略在玉米高通量基因分型、育种群体精准快速背景评估、种质资源分析和基因组信息育种等领域具有巨大的应用潜力。

HTP数据库（HTPdb，https://htp.plantdna.site/database/nucleus-haplotype）

点评：看起来是一种对玉米育种很有用的标记策略，不知能否移植到其他作物？

Mol Plant | 山东师范大学王宝山：二色补血草高质量基因组揭示盐腺发育和耐盐演化机制

The genome of the recretohalophyte Limonium bicolor provides insights into salt gland development and salinity adaptation during terrestrial evolution

二色补血草（Limonium bicolor），补血草属（白花丹科），是一种二倍体泌盐盐生植物。在紫外（UV）光照射下，二色补血草的盐腺会发出自发荧光，利于荧光观察和突变体的筛选，是研究泌盐盐生植物盐腺发育最理想的材料。文章将通过构建二色补血草高质量基因组，从而探索其进化史和盐腺的发育起源。

研究使用Illumina短序列和PacBio SMRT测序数据、Hi-C测序数据和Bionano基因组图谱相结合的方法，对二色补血草基因组进行了测序和组装，生成了二色补血草高质量基因组。随后文章结合转录组学分析、基因编辑技术、扫描电镜（ESEM）技术和能量色散光谱（EDS）分析候选基因，并对盐腺发育的分子机制做进一步验证，揭示盐腺发育对二色补血草泌盐机制的影响。

研究提供了二色补血草的基因组资源，将有助于理解泌盐植物进化和盐腺发育的分子机制，从而协助筛选与非生物环境胁迫相关的抗性基因，弥补了泌盐盐生植物盐腺发育机制的空白。同时文章揭示了LbTTG1和LbHLH对盐腺启动的作用，并强调二色补血草中LbTTG1和LbHLH对盐腺体的分化具有负调节作用，为相关研究提供了新的见解。

点评：感觉MP也不是那么难嘛（真酸_真香），赚了。

New Phytologist | 华大&德国马普所：解析无细胞壁“裸藻”超级生命力的分子遗传机制

Chromosome-level genome of Pedinomonas minor (Chlorophyta) unveils adaptations to abiotic stress in a rapidly fluctuating environment

该研究发布了平藻纲首个染色体水平绿藻基因组，揭示了作为无细胞壁“裸藻”的P. minor适应外界环境压力的分子机制，同时也为研究绿藻门核心群(Core Chlorophyta)的早期进化提供高质量数据支持。

结合比较基因组学和转录组的分析揭示了平藻纲的 “裸藻”P. minor应对环境压力的分子机制：NCLDVs的感染促使病毒序列和其携带的外源基因序列整合进P. minor基因组中，这一古老的整合事件使P. minor获得一些重要的外源性基因资源，其中包括一些重要的抗性基因，它们在转座子的驱动下进行了扩增，进而帮助P. minor可以适应外界波动的环境压力和应对如强光、干燥和高温等一系列非生物胁迫。

点评：华大华藻门的续集，看起来很简单，但发这玩意还是需要一些背景知识的，需要搞比较和进化基因组的人指导。

Plant, Cell & Environment | 西北农林科技大学康振生：通过全基因组关联研究解析并挖掘了小麦幼苗叶片气孔指数的遗传基础和重要调控基因TaHXK3-2A

Genome-wide association study revealed TaHXK3-2A as a candidate gene controlling stomatal index in wheat seedlings

为解析小麦气孔指数遗传基础，发掘重要调控基因，研究者与武汉理工大学刘唯真副教授合作开发了一套基于深度学习的小麦叶片表皮显微图像气孔指数自动统计方法（Zhu et al., 2021）。在此基础上，完成了539份小麦种质叶片气孔指数的高通量采集；结合小麦660K芯片扫描获得的遗传标记数据，通过全基因组关联分析（GWAS），解析了叶片气孔指数的遗传基础，发掘了130个与气孔指数显著关联的SNP。分析表明这些SNP主要分布在小麦16条染色体上，涉及2625个与应激反应、代谢和细胞/器官发育相关的候选基因。进一步通过BSA-seq、基因表达分析和候选基因关联分析，解析了2A染色体上决定小麦幼苗叶片气孔指数的主效遗传位点，挖掘并明确了己糖激酶基因TaHXK3-2A调控小麦气孔密度的生物学功能。

TaHXK3-2A过表达小麦株系对干旱更加敏感，进一步代谢组学分析发现TaHXK3-2A过表达株系通过调控葡萄糖代谢途径降低了叶片表皮细胞的大小，从而导致气孔密度增加。由于蒸腾作用增强，最终导致TaHXK3-2A过表达株系对干旱更加敏感。

点评：经典的基因克隆+功能验证。