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王二涛团队及合作者揭示沙棘放线菌固氮生物学机制

日期:2022-02-17  访问次数:20

        2022年2月4日,国际植物学领域刊物《新植物学家》(New Phytologist)在线发表了来自中国科学院分子植物科学卓越创新中心、深圳华大生命科学研究院农业基因组学国家重点实验室、山西晋中市林业科学研究所等多家单位合作的题为“The genome of Hippophae rhamnoides provides insights into a conserved molecular mechanism in actinorhizal and rhizobial symbiosis”的研究论文。该研究组装了沙棘染色体级别的参考基因组,探究了沙棘放线菌固氮生物学机制。

  豆目、蔷薇目、葫芦目和壳斗目的部分植物能够与根瘤菌或放线菌共生固氮,其中豆科植物与根瘤菌共生固氮的分子机理研究深入。目前,放线菌共生固氮没有好的研究模式植物,因此放线菌共生固氮机理研究少、进展慢。沙棘是胡颓子科沙棘属落叶性灌木,适应于缺水少肥的华北及西北贫瘠地区,是防风固沙功臣,最重要的是其根部与放线菌共生固氮;其果实富含维生素C及黄酮等活性物质,是健康饮品的原料供给者,具有重要的生态和经济价值。

  该研究以采自山西的沙棘为材料,组装染色体级别的参考基因组,理清存在争议的固氮分支植物的演化关系。沙棘与其近亲物种冬枣大约在7-8千万年前分化开;两者分道扬镳后,沙棘又经历了一次特有的全基因组复制事件。

  研究团队对沙棘的根瘤样品进行微生物多样性分析,确定放线菌Frankia为其根瘤共生微生物的主要来源;并对沙棘根瘤和根等多个组织进行转录组测序,通过比较沙棘根瘤共生诱导和苜蓿中根瘤固氮共生相关基因,发现共生相关基因中绝大多数呈现出直系同源关系,如NINRPGNSP2DMI2等,表明豆科植物-根瘤菌共生和放线菌根瘤共生的保守性。沙棘参考基因组为研究沙棘的分子生物学、植物-放线菌共生以及沙棘的遗传改良提供了科学基础。

  该研究还利用沙棘基因组、转录组等信息鉴定出维生素C合成通路相关基因,绘制沙棘维生素C合成的代谢通路图。

  中科院分子植物科学卓越创新中心博士后武泽峰、深圳华大生命科学研究院农业基因组学国家重点实验室陈宏运、晋中市林业科学研究所潘亚为该论文共同第一作者,中科院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究员和深圳华大生命科学研究院农业基因组学国家重点实验室刘欢研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、中科院和国家自然基金等项目的资助。

  论文链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.18017