银白杨高质量基因组发布!搭建中国林木基础研究模式树种新平台

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  杨树人工林面积在我国已超1亿亩,居世界之首,在我国木材生产和生态建设中发挥着重要作用。杨树也是世界林木基础研究最重要的模式树种。目前我国常用的林木模式树种为杂交741杨(Populus alba×(Populus davidiana+Populus simonii)×Populus tomentosa)和韩国培育出的杂交84K杨(Populus alba×Populus glandulosa),而欧美国家常用的林木模式树种为毛果杨(Populus trichocarpa)。741杨和 84K 杨遗传背景复杂,且无基因组信息;毛果杨虽然有高质量基因组信息但在中国野生生境很难成活。

  银白杨(Populus alba)广泛分布于中亚和欧洲,其天然群体在我国新疆额尔齐斯河流域广泛分布,并在我国西北和华北地区广泛种植。银白杨具有多种优良性状,对虫害、真菌和细菌具有高抗性,可以耐受各种环境压力,如干旱、风、盐和低温等。银白杨易与近缘树种杂交,其杂交后代和变种广泛应用于我国杨树人工林建设和林木基础研究,是我国杨树育种的骨干亲本。

  为建立适合我国的林木树种模式平台,中国林业科学研究院林木遗传育种国家重点实验室联合中国科学院植物研究所系统与进化植物学国家重点实验室对银白杨基因组进行了从头测序和组装。银白杨基因组及注释信息于2019年1月17日以De novo Assembly of White Poplar Genome and Genetic Diversity of White Poplar Population in Irtysh River Basin in China为题在线发表在Science China Life Sciences杂志上。

  研究团队利用单分子实时测序(SMRT)技术,组装基因组大小为 415.99 Mb,Contig N50为1.18 Mb,注释32,963个蛋白质编码基因。基因组进化分析表明,银白杨和毛果杨物种分化大约发生在5个百万年前,基因组间保留了一定的相似度(图1)。

  

  图1、银白杨(蓝色)和毛果杨(红色)基因组之间的比较。

  对中国额尔齐斯河流域的天然群体进行遗传多样性研究发现,该地区银白杨群体平均杂合度为0.170±0.014,低于意大利(0.271±0.051)和匈牙利(0.264±0.054)群体。自然选择检验结果预示着额尔齐斯河流域银白杨群体经历了瓶颈效应后的扩张(图2)。

  

  图2、银白杨群体及自然选择检验参数(Tajima’s D)分布。

  银白杨基因组和群体信息的发布,为建立适合我国的林木模式系统奠定了基础,为林木比较功能基因组学、功能基因的定位挖掘奠定了基础。

  中国林业科学研究院林木遗传育种国家重点实验室曾庆银研究员为该论文通讯作者,中国林业科学研究院林木遗传育种国家重点实验室刘妍婧副研究员为第一作者。该研究得到国家杰出青年科学基金项目和中国林业科学研究院人才专项的资助。

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