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学术动态
 
我院叶功富教授团队在《The Plant Journal 》上发表木麻黄基因组研究成果
        我院叶功富教授团队与福建农林大学林学中心顾连峰教授课题组合作在植物学一区杂志《The Plant Journal》(影响因子5.775)发表题为“De novo genome assembly of the stress tolerant forest species Casuarina equisetifolia provides insight into secondary growth”的文章,首次公布了短枝木麻黄(C. equis ssp. incana)的基因组数据和表观遗传学相关研究成果。
            木麻黄属于木麻黄科(Casuarinaceae)木麻黄属(Casuarina),是类针叶的被子植物。它抗干旱耐盐碱,抗风沙,且根系具有根瘤菌可固氮,可在贫瘠土地上生长,适应性很强,为我国东南沿海7000多公里海岸带上筑起一道绿色长城,是沿海防护林体系中重要的组成部分。它的叶片极度退化,为鳞片状,雌雄同株或异株。雄花呈棒状圆柱形,覆瓦状排列,球果为椭圆形。


            目前,短枝木麻黄(C. equis ssp. incana和C. equis. ssp. equisetifolia)、细枝木麻黄(C. cunninghamiana)和粗枝木麻黄(C. glauca)是引种到中国的几个主要品种。从显微观察可见这四个亚种在叶状枝的直径,叶片数目,叶绿素含量以及表皮毛等特征上都呈现出不同程度的差异变化。但是由于基因组数据的缺乏,具体的分子机制相关研究仍不清楚。


         为了从分子水平揭示木麻黄的抗逆特性,结合二代高通量(Illumina)和三代单分子测序技术(PacBio)对短枝木麻黄进行了全基因组测序,组装得到300 Mb木麻黄的基因组,N50达到了1.06 Mb,完整注释得到29827个蛋白编码基因以及1983个非蛋白编码基因。并对全基因组水平上的DNA修饰(6mA和4mC)以及可变剪接事件等进行了全面分析。在进化关系上,与胡桃(J.regia)亲缘关系最近,大约在3160万年前从共同的祖先分化而来。上述基因组的相关成果为后续的抗逆的分子生物学研究奠定了重要的基础。
        为了从细胞学水平揭示木麻黄的抗风特性,对这四个亚种叶状枝进行徒手切片及染色,观察其解剖学特征。对可能与抗风相关的指标(纤维长度,宽度以及对应比率)进行测定。同时结合基因组注释数据和生物信息学的手段重点研究了43个与次生生长紧密相关的基因,并考察了这些基因在短枝木麻黄(C. equis ssp. incana)、细枝木麻黄(C. cunninghamiana)中的基因表达水平以及DNA水平上的修饰情况,这些成果为全面揭示不同亚种在生长速度及抗风能力上的差别奠定了坚实的基础。


        我院和福建农林大学林学中心共同合作完成本项目,我院为第一署名单位,叶功富教授与张航晓老师为本文共同第一作者,叶功富教授团队的陈碧华、聂森、刘海和高伟老师参与了本项目前期材料处理工作,顾连峰教授课题组的博士生王汇源和高宇帮负责基因组项目的数据分析和数据库构建工作。本课题得到了国家林业局南方山地用材林培育重点实验室、福建省森林培育与林产品加工利用重点实验室、福建省木麻黄工程技术研究中心、福建省林木种苗科技攻关项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金,福建省自然科学基金的资助以及福建农林大学国际科技合作与交流基金的资助。
    文章链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14159