燕麥基因組草圖繪制并解析出燕麥素的生物合成基因簇

　　5月7日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心（CEMPS）、中科院-英國約翰英納斯中心植物和微生物科學聯合研究中心（CEPAMS）韓斌研究團隊與英國約翰英納斯中心John Innes Centre（JIC）Anne Osbourn研究團隊合作完成了禾本科、燕麥屬一年生草本植物二倍體燕麥Avena strigosa基因組序列草圖的繪制，并完整地解析了抗微生物防御化合物燕麥素的生物合成基因簇。相關研究成果以Subtelomeric assembly of a multi-gene pathway for antimicrobial defense compounds in cereals為題，在線發表在Nature communications上。

　　真核生物中非隨機組織的基因在基因組進化和功能中具有重要作用。大多數真核生物基因組中并沒有操縱子，但它們的確包含了一些序列不相關而功能相關且在物理位置上成簇存在的基因。這些“類操縱子”基因簇中，引人注目的例子是植物體內合成特殊代謝產物的基因簇。已有證據表明，這些cluster途徑并不是通過微生物水平基因轉移而產生，而目前人們對其真實的形成機制知之甚少。燕麥素是燕麥屬中特異存在的一類抗微生物防御化合物，其生物合成途徑也是最典型的植物生物合成基因簇之一。

　　韓斌研究團隊選用了可在根尖特異合成燕麥素的二倍體燕麥物種Avena strigosa，運用三代測序技術Nanopore，并輔助光學圖譜技術BioNano DLS及Hi-C染色體構象捕獲技術，完成了該燕麥基因組高質量染色體級別組裝，組裝基因組3.53Gb，scaffold N50高達73.4 Mb。燕麥基因組中重復序列約占基因組的81.1%，結合從頭預測、同源蛋白信息及轉錄組數據，注釋了34,928 個高可信度基因。

　　該研究基于組裝獲得的全基因組信息完整地解析了燕麥素合成基因cluster，確定了燕麥素合成通路的最后兩個缺失步驟，并通過本氏煙草瞬時表達重構了整個合成途徑。該研究還對基因簇的起源及不同燕麥品種間的差異進行了比較分析。基因組組裝和DNA熒光原位雜交（FISH）結果均表明，燕麥素合成基因cluster位于1號染色體長臂末端的亞端粒區域，且該基因簇特異存在于燕麥屬中。該研究為真核生物的基因組可塑性和適應性進化提供了新見解，并為改良小麥和其他谷物抵抗全蝕病與其他疾病提供了分子依據。

　　韓斌研究組高級工程師李艷、研究員趙強及英國約翰英納斯中心博士Aymeric Leveau為論文的共同第一作者。研究員韓斌、英國約翰英納斯中心教授Anne Osbourn為論文的共同通訊作者。研究工作得到中科院-英國約翰英納斯中心植物和微生物科學聯合研究中心（CEPAMS）、英國生物技術和生物科學研究委員會（BBSRC）、中科院國際合作計劃（IPP）和國家自然科學基金委員會的資助。

二倍體燕麥基因組特征分析