基因头条 | 高质量染色体级别喜树基因组揭示喜树碱生物合成的进化起源

科研进展

1、高质量染色体级别喜树基因组，揭示喜树碱生物合成的进化起源

喜树碱（Camptothecin）及其衍生物是一类被广泛用作治疗多种恶性肿瘤的单萜吲哚生物碱，是仅次于紫杉醇的第二代木本类抗肿瘤药物。

Nature Communications，四川大学研究人员通过PacBio和HiC技术组装注释了高质量染色体级别的喜树基因组，在准确性、连续性和基因注释上均优于先前发表的基于短读长的基因组版本。

进化分析显示，在与马缨杜鹃分化之后，喜树在约70百万年前经历了一次独立的全基因组复制事件。该全基因组复制和串联重复也是喜树中基因家族扩张的主要原因，其中包括一些与喜树碱合成相关的关键酶编码基因，例如7-脱氧葡萄糖酸 7-羟化酶（7-DLH），断马钱子酸合酶（SLAS）等。基于功能注释和基因家族分析鉴定了更为完整的喜树碱合成相关候选基因集，包括可能与后续合成相关的细胞色素P450（CYP450）酶家族编码基因。

与吲哚生物碱合成代表物种长春花（Catharanthus roseus）的生物合成通路相比，两种途径都使用相似的酶生成复杂的中间有机分子，但在生成马钱苷酸（loganic acid）之后，两者出现分歧。

该研究揭示了喜树中喜树碱生物合成通路可能的分子进化机制，发现高质量基因组组装在识别新次级代谢物进化起源中的遗传变化具有十分关键的作用。

https://www.nature.com/articles/s41467-021-23872-9

2、多组学揭示ASR1转录因子调控红色番茄果实成熟的作用机制

转录因子Asr1在植物非生物胁迫响应中发挥重要作用，并且可以参与植物的中心代谢调控。

Journal of Experimental Botany，阿根廷研究人员Asr1沉默的转基因番茄果实进行转录组和代谢组学分析，表明ASR1参与与果实成熟过程有关的多种途径，包括细胞壁、光合作用、氨基酸代谢和类胡萝卜素代谢以及非生物胁迫途径。

此外，发现Asr1沉默的水果更容易受到坏死性真菌Botrytis cinerea的感染。该研究还表明，Asr1可能受果实成熟调节因子NOR（NON-RIPENING）、CNR（COLORLESS NON-RIPENING）和FUL1/2（FRUITFULL1/FRUITFULL2）等调控，进一步证明Asr1转录因子参与红色番茄果实成熟的级联调控中。

该结果表明ASR1转录因子是番茄果实成熟的重要辅助调节因子，并首次证明其与真菌易感性有关。

https://academic.oup.com/jxb/advance-article-abstract/doi/10.1093/jxb/erab269/6294859?redirectedFrom=fulltext

3、建成资源丰富人肠道菌株资源库

Microbiome，研究人员构建健康人群肠道微生物菌株资源库（human gut microbe biobank, hGMB）。hGMB包括400个不同的物种，其中有102个物种为首次分离、培养和鉴定，1170株代表性菌株保存在中国普通微生物菌种保藏中心，已经向科研界和产业界提供了数次菌株服务，支持肠道微生物功能开发和微生物-宿主互作的研究。

该资源库的物种信息已经在网站（hgmb.nmdc.cn）公布。hGMB构建历时两年，从239例来自不同地区和不同年龄的体检健康人群的新鲜粪便样品中挑取超过2万个单克隆，扩大培养后从中鉴定出超过1万个纯培养分离株，并对全部本次发现的新物种进行基因组测序和分类学描述与命名。

通过对健康人肠道宏基因组(n=1,129)分析，发现菌株资源库中的85个新物种出现在超过90%健康人肠道中。

通过对全球人肠道16S扩增子数据(n=11,647) 进一步分析表明，hGMB覆盖79%人肠道已知常见属和75%常见物种；与目前最大的人肠道基因组数据库UHGG比对发现，hGMB贡献了24个在肠道免培养组学研究中未被探测到却普遍存在的“暗”物种。

https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-021-01064-3

4、揭示蓬蓬棉基因组分化特征

Journal of Genetics and Genomics，农科院棉花所研究人员通过研究分析蓬蓬棉、中美洲半野生棉和现代栽培种群体的基因型，发现蓬蓬棉是一个相对古老的陆地棉半野生棉，可能是数百年前地理大发现时代随全球贸易商船或洋流运动传入我国境内。

群体比较结果表明，蓬蓬棉基因组上携带一些特殊单体型区段，与中美洲陆地棉半野生棉和现代栽培种均存在差异，这些染色体区段对重新认识陆地棉在我国的引进和驯化历史，进一步拓展现代栽培陆地棉的遗传多样性具有重要意义。

该研究还利用蓬蓬棉光周期敏感、纤维产量低和品质差等特性，采用全基因组关联分析（GWAS）方法鉴定到大量与开花期、纤维产量和纤维品质相关的SNP标记，这些标记所在的单体型区间为进一步发掘相关性状功能基因奠定了重要基础。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1673852721001338?via%3Dihub

5、发现肠道微生物群改变参与瘦人T2D的发病机制

Advanced Science，上海交通大学研究人员比较了患有和不患有2型糖尿病（T2D）的瘦人和腹部肥胖者的肠道微生物组，以确定肠道微生物组的差异是否能解释患有T2D的瘦人的具体临床特征。

结合宏基因组学和靶向代谢组学，发现患有T2D的瘦人具有独特的肠道微生物群和BA谱。

此外，还确定了肠道微生物群的特定成分对宿主BA概况和代谢的可能影响。使用体内小鼠模型和体外细胞系验证了所确定的肠道微生物种类和代谢物的作用。

该研究表明肠道微生物群的改变参与了瘦人T2D的发病机制，并阐明了预防或治疗瘦人T2D的潜在的以微生物群为重点的策略。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202100536

6、间歇性禁食可能促进长寿基因表达，从而增强长期记忆

Molecular Psychiatry，研究人员对小鼠进行间歇性禁食（IF）、热量限制或自由进食干预，持续3个月，发现相比于自由进食及热量限制，IF可更好地促进小鼠的长期记忆保持，并增加海马中的细胞增殖及神经母细胞的数量，同时可上调长寿基因Klotho（Kl）的表达。

在体外，人海马祖细胞中的Kl下调可抑制神经发生，而过表达Kl可促进神经发生；在小鼠体内，Kl对于海马神经发生（尤其是背侧海马）是必需的。

https://www.nature.com/articles/s41380-021-01102-4

7、完成玉米B染色体精细图谱和功能研究

PNAS，美国密苏里大学、捷克科学院实验植物研究所以及中科院遗传发育所联合团队共同完成玉米B染色体的基因组图谱，解析了玉米B染色体的起源、进化及不分离的机制。

利用染色体分选、短读长测序、Bionano光学图谱、Hi-C等方法相结合组装出328个B染色体特异的scaffolds，总长度125.9 Mb。

随后利用B-A染色体易位、B着丝粒错分裂和B染色体断裂等特殊材料，构建染色体水平的分子图谱，注释出758个蛋白编码基因，其中至少有88个基因表达。B染色体基因和转座元件的含量以及对转座蛋白编码基因的选择分析表明B染色体在进化世代中已经存在数百万年。玉米B染色体精细图谱为进一步深入研究B染色体的特性提供了参考信息。

https://www.pnas.org/content/118/23/e2104254118.long