植物界不同類型重複基因含量分布及其隨時間變化規律。(取自南京農業大學園藝學院官網)
植物界不同類型重複基因含量分布及其隨時間變化規律。(取自南京農業大學園藝學院官網)

南京農業大學園藝學院教授張紹鈴團隊,在國際著名學術期刊Genome Biology在線發表研究論文,系統鑑定了梨等141種植物基因組中不同類型重複基因,構建出世界首個植物重複基因資料庫,揭示重複基因進化的普遍規律。

植物在千百年的進化中,怎樣變得越來越多姿多彩?重要因素就是植物會複製自己基因,豐富自己的基因庫數量。團結力量大,多了自己的「同胞胎」兄弟姊妹,基因在生物體中就「聲勢」壯大,不僅能抵禦外界複雜多變的環境,還能增加進化變異機會,實現物種分化和多樣性。

收集141種植物基因組

研究發現,有的植物有複製自己基因的功能,即通過不同類型複製方式產生一個與原基因序列相同的新基因。基因複製產生的兩個同源基因稱為重複基因或「姊妹基因」。近年來,越來越多的植物基因組被破譯,已經完成全基因組測序的植物超過200種,不過仍缺乏具有廣泛適用性的鑑定不同種類植物重複基因的方法。

張紹鈴團隊前期系統鑑定梨基因組中重複基因的基礎上,開發了具有普遍適用性的生物信息學方法(命名為DupGen_finder),用於鑑定植物界中不同種類植物基因組中的重複基因。利用141種植物基因組中包含的所有蛋白序列構建了大規模的植物直系同源基因家族。

透過遺傳變異適應環境

此外,通過大規模收集整合國內外植物基因組數據資源,構建了世界首個植物重複基因資料庫,已收錄141種完成基因組測序的植物,包含大豆、水稻、小麥、玉米等大宗糧食作物,以及梨、桃、葡萄、蔬菜、花卉等園藝作物,並將拓展為植物相關的所有類別。未來,資料庫將為深入研究重複基因的進化機制提供寶貴的數據資源。

在深入分析141種植物基因組中重複基因含量隨時間變化規律時發現,基因串聯複製和鄰近複製在植物漫長的進化過程中,始終保持較高的發生頻率,為植物適應複雜多變的外界環境提供了源源不斷的遺傳變異機會。

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