近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心韓斌院士團隊與英國約翰·英納斯中心研究團隊合作，完成了禾本科、燕麥屬一年生草本植物二倍體燕麥Avena strigosa基因組序列草圖的繪制，并完整解析了抗微生物防御化合物燕麥素的生物合成基因簇。相關研究成果在線發表于《自然—通訊》。
絕大多數真核生物基因組中并沒有操縱子，但它們又的確包含了一些序列不相關而功能相關且在物理位置上成簇存在的基因。這些“類操縱子”基因簇中，最引人注目的例子就是植物體內合成特殊代謝產物的基因簇。但是，目前人們對其真實的形成機制知之甚少。燕麥素是燕麥屬中特異存在的一類抗微生物防御化合物，其生物合成途徑也是最典型的植物生物合成基因簇之一。
韓斌團隊選用了能在根尖特異合成燕麥素的二倍體燕麥物種Avena strigosa，運用三代測序技術Nanopore并輔助光學圖譜技術BioNano DLS，以及Hi-C染色體構象捕獲技術，成功完成了該燕麥基因組高質量染色體級別組裝。燕麥基因組中重復序列大約占基因組的81.1%，結合從頭預測、同源蛋白信息以及轉錄組數據，共注釋了34928個高可信度基因。
這項研究基于組裝獲得的全基因組信息完整解析了燕麥素合成基因cluster，確定了燕麥素合成通路的最后兩個缺失步驟，并通過本氏煙草瞬時表達重構了整個合成途徑。同時，研究人員還對基因簇的起源及不同燕麥品種間的差異進行了比較分析。基因組組裝和DNA熒光原位雜交（FISH）結果均表明，燕麥素合成基因cluster位于1號染色體長臂末端的亞端粒區域，并且該基因簇特異存在于燕麥屬中。
專家表示，該研究工作為真核生物的基因組可塑性和適應性進化提供了新的見解，為改良小麥和其他谷物抵抗全蝕病等疾病提供了分子依據。（黃辛）
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