2022年2月4日,國際植物學領域刊物《新植物學家》(New Phytologist)線上發表了來自中國科學院分子植物科學卓越創新中心、深圳華大生命科學研究院農業基因組學國家重點實驗室、山西晋中市林業科學研究所等多家組織合作的題為“The genome ofHippophae rhamnoidesprovides insights into a conserved molecular mechanism in actinorhizal and rhizobial symbiosis”的研究論文。該研究組裝了沙棘染色體級別的參攷基因組,探究了沙棘放線菌固氮生物學機制。
豆目、薔薇目、葫蘆目和殼鬥目的部分植物能够與根瘤菌或放線菌共生固氮,其中豆科植物與根瘤菌共生固氮的分子機理研究深入。現時,放線菌共生固氮沒有好的研究模式植物,囙此放線菌共生固氮機理研究少、進展慢。沙棘是胡頹子科沙棘屬落葉性灌木,適應於缺水少肥的華北及西北貧瘠地區,是防風固沙功臣,最重要的是其根部與放線菌共生固氮;其果實富含維他命C及黃酮等活性物質,是健康飲品的原料供給者,具有重要的生態和經濟價值。
該研究以采自山西的沙棘為資料,組裝染色體級別的參攷基因組,理清存在爭議的固氮分支植物的演化關係。沙棘與其近親物種冬棗大約在7-8千萬年前分化開;兩者分道揚鑣後,沙棘又經歷了一次特有的全基因組複製事件。
研究團隊對沙棘的根瘤樣品進行微生物多樣性分析,確定放線菌Frankia為其根瘤共生微生物的主要來源;並對沙棘根瘤和根等多個組織進行轉錄組測序,通過比較沙棘根瘤共生誘導和苜蓿中根瘤固氮共生相關基因,發現共生相關基因中絕大多數呈現出直系同源關係,如NIN,RPG,NSP2,DMI2等,表明豆科植物-根瘤菌共生和放線菌根瘤共生的保守性。沙棘參攷基因組為研究沙棘的分子生物學、植物-放線菌共生以及沙棘的遺傳改良提供了科學基礎。
該研究還利用沙棘基因組、轉錄組等資訊鑒定出維他命C合成通路相關基因,繪製沙棘維他命C合成的代謝通路圖。
中科院分子植物科學卓越創新中心博士後武澤峰、深圳華大生命科學研究院農業基因組學國家重點實驗室陳宏運、晋中市林業科學研究所潘亞為該論文共同第一作者,中科院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究員和深圳華大生命科學研究院農業基因組學國家重點實驗室劉歡研究員為論文共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發計畫、中科院和國家自然基金等項目的資助。
論文連結:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.18017
沙棘根瘤切片