中國林科院熱林所在桉樹關(guān)鍵基因研究方面取得重要進(jìn)展

    近日，中國林科院熱林所聯(lián)合浙江農(nóng)林大學(xué)、中國農(nóng)科院生物技術(shù)所、中國農(nóng)科院作物所、加拿大多倫多大學(xué)等高校和研究所系統(tǒng)開展了桉樹生長發(fā)育和響應(yīng)脅迫的轉(zhuǎn)錄組和可變剪接（alternative splicing）分析研究。該研究以巨桉GL1為材料，對不同組織、發(fā)育階段和脅迫處理的201個(gè)樣品開展了全面的基因表達(dá)譜和可變剪接分析，共獲得超過1800 Gb的數(shù)據(jù)，經(jīng)過組裝、注釋，共發(fā)現(xiàn)2046個(gè)新基因，14195個(gè)新轉(zhuǎn)錄本。研究發(fā)現(xiàn)10416個(gè)基因存在可變剪接事件，約占桉樹總基因的33.49%，通過RT-PCR對預(yù)測可變剪接的基因進(jìn)行了進(jìn)一步驗(yàn)證。研究提供了高質(zhì)量的桉樹不同組織和發(fā)育以及脅迫響應(yīng)的表達(dá)譜和可變剪接數(shù)據(jù)，為研究人員提供了便捷的交互式可視化查詢數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站（https://bar.utoronto.ca/eplant_eucalyptus），完善和豐富了桉樹基因組信息，為定向培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的桉樹栽培品種提供完善的數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

    研究同時(shí)對巨桉組織特異性表達(dá)、次生生長、不定根誘導(dǎo)、生理年齡、響應(yīng)脅迫和磷、硼營養(yǎng)缺乏等大量差異表達(dá)基因和差異可變剪接事件進(jìn)行分析，篩選出大量關(guān)鍵基因，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子和調(diào)控基因發(fā)生差異可變剪接。在此過程中發(fā)現(xiàn)桉樹隨野外生長時(shí)間增加，可變剪接事件也明顯增加，說明可變剪接事件是木本植物長期野外適應(yīng)中應(yīng)對環(huán)境變化的一個(gè)重要機(jī)制。剪接因子SR在桉樹響應(yīng)脅迫和營養(yǎng)缺乏中起著關(guān)鍵的作用。

    研究采用WGCNA等對基因可變剪接事件和基因表達(dá)模式進(jìn)行共表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵調(diào)控基因可以通過差異AS事件作為多層級(jí)調(diào)控的上游調(diào)控生長發(fā)育、響應(yīng)脅迫等多個(gè)生物學(xué)過程。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對木質(zhì)素合成通路進(jìn)行解析，發(fā)現(xiàn)KNAT3 和IRL3兩個(gè)關(guān)鍵基因通過可變剪接在上游調(diào)控木質(zhì)素合成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)一步參與桉樹木質(zhì)素的形成。這些研究對于揭開桉樹木材形成的遺傳控制機(jī)制和木本植物野外長期適應(yīng)性機(jī)制提供了新的線索和途徑。

    相關(guān)成果以“Profiling of the gene expression and alternative splicing landscapes of Eucalyptus grandis”為題發(fā)表在植物學(xué)一區(qū)TOP期刊Plant Cell and Environment。中國林科院熱林所副研究員范春節(jié)、天津農(nóng)科院博士呂明杰為論文第一作者，浙江農(nóng)林大學(xué)教授張進(jìn)、中國農(nóng)科院生物技術(shù)所研究員王歡為通訊作者。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、中國林科院院基金、浙江省農(nóng)業(yè)（林木）新品種選育重大科技專項(xiàng)等項(xiàng)目資助。（范春節(jié)）

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