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辣椒T2T基因組中的著絲粒組裝

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發(fā)表時(shí)間：2024-07-26 14:33

       2024年5月20日，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院郭立研究員團(tuán)隊(duì)與何航研究員團(tuán)隊(duì)合作在國際著名期刊Nature Communications上在線發(fā)表了題為“Two telomere-to-telomere gapless genomes reveal insights into Capsicum evolution and capsaicinoid biosynthesis”的研究論文。該研究組裝了兩個(gè)端粒到端粒（T2T）無缺口辣椒基因組；深入解析了辣椒著絲粒序列特征，發(fā)現(xiàn)獨(dú)特的重復(fù)序列元件。

      研究基于T2T基因組和借助CENH3 ChIP-seq數(shù)據(jù)完整鑒定了辣椒基因組的著絲粒位置和序列，發(fā)現(xiàn)其著絲粒缺少其他植物和人類基因組中廣泛報(bào)道的衛(wèi)星DNA序列，而被大量的Gypsy家族（特別是CRM亞家族）的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子LTR序列入侵。盡管功能保守，辣椒的著絲粒序列在染色體間和種間具有較低的序列相似性，表明其著絲粒的快速進(jìn)化。著絲粒是基因組中的暗物質(zhì)，通常被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄不活躍的異染色質(zhì)區(qū)域。該研究驚訝地發(fā)現(xiàn)，辣椒著絲粒序列具有顯著的轉(zhuǎn)錄活性，也存在TAD和loop等三維基因組結(jié)構(gòu)，表明著絲粒區(qū)域的基因表達(dá)可能發(fā)揮著重要功能。


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兩個(gè)辣椒的T2T基因組組裝和比較



其次，為了研究辣椒素生物合成通路的進(jìn)化歷史，該研究重建了辣椒屬系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹，發(fā)現(xiàn)辣椒素合成途徑可能在大約13.4個(gè)百萬年（C. rhomboideum和C. annuum/C. baccatum分化）和五百萬年（C. baccatum和C. annuum分化）之間出現(xiàn)。該研究分析了辣椒素生物合成通路基因（CBG）在辣椒屬植物的進(jìn)化，發(fā)現(xiàn)在所有辣椒屬植物中，無論是否產(chǎn)辣椒素，都含有不同數(shù)量的CBG基因。辣椒素合成酶（CS）是辣椒素生物合成的關(guān)鍵基因，僅在茄科作物中以串聯(lián)重復(fù)的形式出現(xiàn)，一年生辣椒含有7個(gè)串聯(lián)重復(fù)拷貝，而在野生辣椒中僅存在4個(gè)拷貝。CBG基因在辣椒果實(shí)中高度表達(dá)，而在不辣的植物如番茄、馬鈴薯、酸漿和野生辣椒中CS基因幾乎不表達(dá)。序列比對(duì)顯示，辣椒的CS基因（CS-1/CS-2）具有保守的編碼序列和上下游調(diào)控區(qū)，而在不辣的辣椒和近緣茄科物種中編碼區(qū)和調(diào)控區(qū)發(fā)生了明顯的結(jié)構(gòu)變異。

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辣椒素生物合成基因的進(jìn)化及其組織特異性

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