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华中农大绘制出两个棉花四倍体栽培种的参考基因组|鸭脖体育官方
2022-06-10 01:26
本文摘要:2018年12月3日,国际著名期刊Nature Genetics杂志上在线揭晓了我校棉花遗传改良团队的基因组研究最新结果,题为Referencegenome sequences of two cultivated allotetraploid cottons, Gossypiumhirsutum and Gossypium barbadense。

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2018年12月3日,国际著名期刊Nature Genetics杂志上在线揭晓了我校棉花遗传改良团队的基因组研究最新结果,题为Referencegenome sequences of two cultivated allotetraploid cottons, Gossypiumhirsutum and Gossypium barbadense。该论文先容了整合多种方法组装获得的异源四倍体栽培种陆地棉和海岛棉的参考基因组序列,为棉花基因组进化和功效基因研究提供了重要参考,对基于基因组的棉花遗传改良具有重要指导作用。棉花共有四个栽培种,两个二倍体栽培种生产上已不再使用,生产上主要使用的是两个四倍体栽培种,陆地棉和海岛棉。

陆地棉是棉花的主要栽培种,其产量高,适应性强。海岛棉的产量低,栽培区域性强,可是其纤维品质比陆地棉优。

将海岛棉中控制优异纤维品质的遗传片段导入到陆地棉,改良陆地棉的纤维品质,是我校棉花遗传改良团队恒久坚持的目的。只管已从海岛棉中克隆了一系列功效基因,但这两个棉花基因组存在什么样的差异,究竟哪些基因组片段控制海岛棉优异纤维品质的形成等仍不清楚。虽然两个棉花的基因组草图已经揭晓,可是由于组装质量和完整性不高,很难直接从全基因组水平举行比力。为了获得精致的基因组序列,该研究使用第三代测序技术(PacBioRS II),BioNano光学图谱技术和染色质高级结构捕捉技术(Hi-C)举行团结组装。

与以前揭晓的基因组草图相比,该项研究组装的基因组序列在一连性和完整性上有极大提高(陆地棉基因组的一连性提高了55倍,海岛棉基因组提高了90倍)。该研究乐成组装了高度重复的基因组区域,例如着丝粒。通过比力两个棉花四倍体种的基因组,研究发现二者存在大量的结构变异。

通过与二倍体棉花举行比力,发现许多结构变异来自于棉花基因组的异源多倍化事件之后。值得注意的是,该研究发现两个棉花种的14对染色体之间存在染色体臂内和臂间的大片段倒位现象。

为了将这些基因组变异应用到棉花纤维的遗传改良中,该研究对陆地棉和海岛棉之间的遗传导入系质料举行基因组分析,判定了13个控制纤维品质的遗传位点。同时,联合纤维发育的转录组数据,探究了这些遗传位点的表达调控机制。该研究对导入系质料的分析为以后通过海岛棉改良陆地棉的种间渐渗育种提供了参考。

我校张献龙教授、林忠旭教授,美国爱荷华州立大学的JoshuaA. Udall教授和英国杜伦大学的Keith Lindsey教授为本文的配合通讯作者。我校王茂军博士、涂礼莉教授和袁道军副教授为本文的配合第一作者。

该项研究获得国家自然科学基金、国家转基因专项、博士后创新人才支持计划和中国科协青年人才托举工程的资助。【专访】王茂军:棉花科研蓓蕾初绽放2017年3月7日,Nature Genetics在线揭晓了我校作物遗传改良国家重点实验室博士生王茂军的研究论文“棉花驯化历程中的差池称亚基因组选择温顺式调控分歧”(Asymmetric subgenome selection and cis-regulatory divergence during cotton domestication),如此高质量的文章在棉花学界并不多见。2018年12月3日,国际著名期刊Nature Genetics杂志上又揭晓了我校棉花遗传改良团队的基因组研究最新结果,题为Referencegenome sequences of two cultivated allotetraploid cottons, Gossypiumhirsutum and Gossypium barbadense。

王茂军这位长着娃娃脸的博士,从未有“座右铭”的他,谈起科研的故事与履历,从容淡定,一个个新奇的想法从他思维深处跳跃出来。“闭关月余炼‘真经’”时间要回到2011年7月,来自四川广元农村的王茂军保送到本校攻读硕士学位,性格稳健持重的他以为科研是自己不错的选择,而师从张献龙教授,更是他的梦想与追求。事实上,王茂军的科研之路还可以往前追溯,得益于我校的“大学生科技创新基金(SRF)”项目,王茂军从大二开始接触作物遗传育种方面的前沿科学,对生物信息学尤感兴趣,以致于到2013年直博偏向确定时,他绝不犹豫决议选择了这块熟悉而又生疏的领域。然而,学界普遍认为生物信息学“这块骨头”并欠好啃。

王茂军不得不“重新再来”,新知旧识“一勺烩”,恶补不足。进入实验室之后,王茂军开始把大量的时间花在海岛棉基因组测序上。

海岛棉基因组测序项目于2011年底启动,由袁道军老师牵头,王茂军和刚进实验室的硕士高文辉“相依为命”并肩作战。谁知,这个项目一直连续了3年。

王茂军在最基础的研究中获得了大量科研灵感,也收获了大量的一手数据。根据其时的设想,其时的测序就是为揭晓Nature Genetics这类档次文章设计的,但科研的时机稍纵即逝,正当撰写论文时,国际传来消息,他们的同行已经抢先揭晓了内容相似的文章。

不得已,他们只能收拾提炼,揭晓了一篇5分的文章。其时指导实验的张献龙教授笑言:“花100万,做了5分的文章!”可是,他并未求全责备,只是勉励王茂军科研在于厚积薄发:“这次事情至少磨炼了你!”。

王茂军没想到,这篇迟到的NG终于在2年之后的2017年3月7日揭晓。追念那段时光,王茂军以为自己的奋斗还是很值得,“那是最好的磨砺,发展历程中的曲折!”让王茂军影象犹新的是,2013年的冬天,当他们的研究进入攻坚阶段时,张献龙为他们专门开发了一个小小办公室,让袁道军、王茂军和高文辉“入驻”,专门讨论科研希望,设计实验,配合剖析数据。所谓的办公室,就是基因楼附楼的温室,在那里,王茂军和他的战友“关闭”1月有余,晚上到12点以后、早上7点准时加入已然成为一种常态。

而团队的袁道军也和大家一样,上完课就奔赴温室,马不停蹄。王茂军说:“这俨然一种科研修行,‘修为’是逐步练出来的。”而张献龙每当有空,就会过来与他们探讨科研问题、询问希望。让王茂军感动的是,张献龙教授为弥补被“发配”温室的王茂军,在生活上特意“照顾”他——每个月给他多开500元的生活津贴。

那段时间纵然辛劳,但在王茂军看来,科研的种子已经发芽,幼苗甚至呼之欲出,他相信:“小小棉花会改变世界!”“尽快完成!尽快完成!”约莫在2015年7月份左右,张献龙教授敏锐地看到,棉花在长达5000多年的驯化历程中基因组水平受到强烈选择的问题,他判断,群体进化在国际上还属前沿,而且有庞大的研究潜力。他坚决组织王茂军等开展新一轮的研究,他们的目的很简朴,要攻克这些前沿问题。而此时,王茂军还同时在另外2个课题中从事科研事情,“白加黑、5加2”,王茂军开始了忘我的事情和艰辛地探索。

但在王茂军看来,这些似乎不值得述说,因为科研原来就要沉静,没有什么“惊涛骇浪”。他相信导师敏锐的科研洞察力,偏向既定、格式已布,自己朝着这偏向努力即是。彼时,王茂军处于事情的亢奋和灵感迸发的岑岭,唯独让他担忧的是自己会慢于同行。他申饬自己绝不能“重蹈覆辙”,自己的脚步只能加速,断无停滞的理由。

于是,天天他对自己说的最多的话即是:“尽快完成!尽快完成!”天天清晨,王茂军都感受国际海内同行的事情在不停推进,只有同行才是赤裸裸的竞争,他加速了脚步。在棉花的科研王国里畅游几年,王茂军深知棉花研究的不易:基因组草图序列质量较低、功效基因组研究难题、次生代谢物庞大……棉花研究难做,这是行内科学家们的“共识”。

然而,诚如张献龙所说,正因为难做,做出来才有意义,有潜力和空间,长线研究才有效益。经由恒久科研“历劫”,让王茂军思维大开。在所揭晓的文章中,他有三个“首次”值得称道:——首次系统地比力棉花野生种和驯化种之间的基因组差异,使用GWAS判定控制棉花纤维品质相关性状的关键位点。——首次通过基因组水平的比力,研究驯化历程中,多倍体棉花差别亚基因组受到的差异性选择,并论述其如何促进优质长纤维的发育。

——首次巧妙地将DNA酶I酶切测序和三维基因组技术联合起来,用来判定棉花的转录调控元件,分析这些元件受到的驯化选择。这项研究是首次在植物中对非编码区的调控变异举行分析,为在其他物种中挖掘功效变异提供了重要参考。

“我没有座右铭”在实验室、在集会室、在租住的衡宇,王茂军中给人一种勤快、努力、生机、阳光的“娃娃脸”形象,然而他在做科研时却是极为严谨和认真。快乐的科研达人背后的故事也让人无不动容。2013年6月16日18:17,王茂军的QQ日志中泛起一句话:“父亲在世的时候,你以为他是井里的青蛙。

父亲离世的时候,你才知道自己的天塌了!”有许多同学师长在那时才知道王茂军家里的变故,他们不知,早在2011年冬,王茂军的父亲因急性心肌梗死不幸去世。也正是那段时间,王茂军强忍心田的凄凉,坚持上课、做实验、读文献,唯独担忧的就是年迈的母亲,一小我私家委曲支撑一个家。在危难之际,张献龙多次找他谈心谈话,用谈天的形式化解王茂军心中的苦闷。

张献龙勉励王茂军:“多念书才是对怙恃最好的孝敬。”走出阴影的王茂军今后开启了一段难忘的科研履历。在王茂军眼中,全然是科研的那些事、棉花的那些事。

未来,他思虑如何将已有的研究结果应用到棉花生产,直接为棉农增收;未来,他思考将已经找到的在野生棉中控制重要性状的位点导入栽培种中,举行育种改良;未来,他犹豫满志,将在纤维单细胞研究中进一步披荆斩棘。谈及未来,王茂军眼中充满了期待。

他还说,如果时间和精神允许,自己想去外洋做博后研究,想到国际顶尖学术科研机构去看看,扩大国际视野。他相信,国际顶尖的学术科研机构有更前沿的研究思维和设备设施。对于已经取得的结果,他说,来自于导师的指导,泉源于团队的互助,泉源于科研灵感,而自己只是做了一些总结提炼的事情。

王茂军说:“我没有座右铭,只是实实在在、扎扎实实做事而已!”爽朗的笑声回荡在二综C408集会室里,清新,如东风一般。消息作者 | 通讯员 王茂军专访作者 | 校新闻中心记者 川竹专访泉源 | 南湖新闻网(2017年3月7日)。


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