首個(gè)植物重復(fù)基因數(shù)據(jù)庫揭示多樣性奧秘

2019年2月21日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院張紹鈴教授團(tuán)隊(duì)在國際著名學(xué)術(shù)期刊Genome Biology（IF5year=16.5）在線發(fā)表題為“Gene duplication and evolution in recurring polyploidizationdiploidization cycles in plants”的研究論文。該研究系統(tǒng)鑒定了梨、桃、葡萄、蔬菜、花卉等141種植物基因組中不同類型重復(fù)基因，構(gòu)建了世界首個(gè)植物重復(fù)基因數(shù)據(jù)庫，揭示了重復(fù)基因進(jìn)化的普遍規(guī)律。

以往的研究發(fā)現(xiàn)，有的植物有復(fù)制自己基因的功能，即通過不同類型復(fù)制方式產(chǎn)生1個(gè)與原基因序列相同的新基因?；驈?fù)制產(chǎn)生的2個(gè)同源基因稱為重復(fù)基因或“姊妹基因”。近年來，隨著測(cè)序技術(shù)的不斷升級(jí)和測(cè)序成本的大幅度降低，越來越多的植物基因組被破譯。目前已經(jīng)完成全基因組測(cè)序的植物超過200種，包括單細(xì)胞綠藻，苔蘚類植物，蕨類植物，裸子植物以及被子植物。然而，目前仍缺乏1個(gè)具有廣泛適用性的鑒定不同種類植物重復(fù)基因的方法。

該團(tuán)隊(duì)在前期系統(tǒng)鑒定梨基因組中重復(fù)基因的基礎(chǔ)上，開發(fā)了1個(gè)具有普遍適用性的生物信息學(xué)方法（命名為DupGen_finder），用于鑒定植物界中不同種類植物基因組中的重復(fù)基因。深入分析141種植物基因組中重復(fù)基因含量隨時(shí)間變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，基因串聯(lián)復(fù)制和鄰近復(fù)制在植物漫長的進(jìn)化過程中始終保持較高的發(fā)生頻率，為植物適應(yīng)復(fù)雜多變的外界環(huán)境提供了源源不斷的遺傳變異材料。同時(shí)該研究還揭示，基因組加倍發(fā)生后的較短時(shí)間內(nèi)，重復(fù)基因之間發(fā)生高頻率的基因置換（geneconversion），隨著時(shí)間的推移，重復(fù)基因之間會(huì)發(fā)生廣泛的時(shí)空表達(dá)分化。最后，利用141種植物基因組中包含的所有蛋白序列構(gòu)建了大規(guī)模的植物直系同源基因家族。