金银花基因组组装及NLR抗病基因家族的进化与表达分析

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金银花(Lonicera japonica)是一种重要的药用植物,广泛应用于我国传统中医药。但是病虫害严重影响金银花的质量与产量,制约其产业的发展。高质量参考基因组的获得有助于从全基因组水平上研究分子进化、挖掘重要农艺性状基因并解析其遗传机制,对推动金银花优良抗性品种的培育至关重要。R基因(Resistance gene)在植物抵御外界病原入侵过程中发挥重要的作用。在所有已知类型的R基因中,核苷酸结合位点-富亮氨酸重复序列(Nucleotide-binding site-leucine-rich repeat,NBS-LRR or NLR)基因家族是植物中最大的抗病基因家族。对R基因的准确和全面的鉴定能加速挖掘抗病基因的进程。本研究利用PacBio测序、Illumina测序和Hi-C技术组装了金银花的染色体级别基因组,并完成了基因组注释。基于金银花基因组组装和注释的结果,我们利用同源搜索的方法鉴定金银花基因组的NLR基因家族成员,并对候选NLR基因进行亚家族划分、染色体定位、基因结构可视化、保守基序鉴定、顺式作用元件预测、系统发育分析以及基因复制类型鉴定。最后,我们比较分析了金银花NLR基因在金银花不同花发育阶段的表达丰度,并找到一批可能在花发育过程中发挥重要作用的NLR基因。本研究主要结果如下:1.使用PacBio测序、Illumina测序和Hi-C技术成功组装金银花染色体级别基因组,共组装9条染色体,长度886 Mb,其中scaffold N50为79.57 Mb。此外,完成39,320个蛋白编码基因注释以及重复序列注释、非编码RNA注释、假基因注释和功能注释。2.鉴定金银花基因组中候选NLR基因561个,并细分为3个亚家族,分别为TNL(156)、CNL(397)和RNL(8)。完成NLR基因家族的基因结构、保守基序分析,并重建了NLR家族成员的系统发生关系及顺式作用元件预测。3.利用转录组学分析NLR家族成员在金银花不同花发育阶段的表达变化。发现NLR基因的表达可能与花发育时期有关,并在花发育过程中鉴定了68个差异表达NLR基因。综上,金银花基因组的组装不仅有助于研究其分子进化、挖掘重要农艺性状基因,也为金银花基因组学与比较基因组的研究提供了理论资源。另外,金银花NLR抗病基因家族的鉴定、进化与转录组学分析,揭示了NLR基因在金银花基因组中的演化方式与表达情况,为金银花抗病遗传育种提供理论基础与技术支持。
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