5月7日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（CEMPS）、中科院-英國約翰英納斯中心植物和微生物科學(xué)聯(lián)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(guān)研究成果以Subtelomeric assembly of a multi-gene pathway for antimicrobial defense compounds in cereals為題，在線發(fā)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(shù)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(guān)而功能相關(guān)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(nèi)合成特殊代謝產(chǎn)物的基因簇。已有證據(jù)表明，這些cluster途徑并不是通過微生物水平基因轉(zhuǎn)移而產(chǎn)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(shù)Nanopore，并輔助光學(xué)圖譜技術(shù)Bionano DLS及Hi-C染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)，完成了該燕麥基因組高質(zhì)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(fù)序列約占基因組的81.1%，結(jié)合從頭預(yù)測、同源蛋白信息及轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，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(gòu)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(jié)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(qū)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(yīng)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(jù)。

 

　　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(xué)聯(lián)合研究中心（CEPAMS）、英國生物技術(shù)和生物科學(xué)研究委員會（BBSRC）、中科院國際合作計劃（IPP）和國家自然科學(xué)基金委員會的資助。

 

　　二倍體燕麥基因組特征分析