首個植物重復基因數據庫揭示多樣性奧秘

2019年2月21日，南京農業大學園藝學院張紹鈴教授團隊在國際著名學術期刊Genome Biology（IF5year=16.5）在線發表題為“Gene duplication and evolution in recurring polyploidizationdiploidization cycles in plants”的研究論文。該研究系統鑒定了梨、桃、葡萄、蔬菜、花卉等141種植物基因組中不同類型重復基因，構建了世界首個植物重復基因數據庫，揭示了重復基因進化的普遍規律。

以往的研究發現，有的植物有復制自己基因的功能，即通過不同類型復制方式產生1個與原基因序列相同的新基因。基因復制產生的2個同源基因稱為重復基因或“姊妹基因”。近年來，隨著測序技術的不斷升級和測序成本的大幅度降低，越來越多的植物基因組被破譯。目前已經完成全基因組測序的植物超過200種，包括單細胞綠藻，苔蘚類植物，蕨類植物，裸子植物以及被子植物。然而，目前仍缺乏1個具有廣泛適用性的鑒定不同種類植物重復基因的方法。

該團隊在前期系統鑒定梨基因組中重復基因的基礎上，開發了1個具有普遍適用性的生物信息學方法（命名為DupGen_finder），用于鑒定植物界中不同種類植物基因組中的重復基因。深入分析141種植物基因組中重復基因含量隨時間變化規律發現，基因串聯復制和鄰近復制在植物漫長的進化過程中始終保持較高的發生頻率，為植物適應復雜多變的外界環境提供了源源不斷的遺傳變異材料。同時該研究還揭示，基因組加倍發生后的較短時間內，重復基因之間發生高頻率的基因置換（geneconversion），隨著時間的推移，重復基因之間會發生廣泛的時空表達分化。最后，利用141種植物基因組中包含的所有蛋白序列構建了大規模的植物直系同源基因家族。