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野生父母的基因组揭示了花园品种矮牵牛的复杂遗传过去

2019-01-21 15:16:54 • 来源：

当园丁看到矮牵牛花时，他们会看到美国最受欢迎的床上用品植物充满活力和多才多艺的花朵。但是当植物科学家看到矮牵牛时，他们会看到一种重要的模式植物物种 - 一种随着释放而变得更有用的物种它的父母的基因组。

野生父母的基因组揭示了花园品种矮牵牛的复杂遗传过去

一个国际研究人员联合会对驯化矮牵牛的两种野生亲本物种进行了测序。这项研究发表在“ 自然植物 ”杂志上，揭示了矮牵牛有一个复杂的遗传历史，经历了与所有茄科共有的一个全基因组三倍体，并确定了含有颜色和气味基因的特别动态的基因组部分。已发表的基因组将成为许多使用矮牵牛的科学家探索与共生，自体受精和昼夜节律相关的生物学问题的宝贵资源。

“Petunia是美国最重要的床上用品工厂，”第一作者Aureliano Bombarely说，他是弗吉尼亚理工学院园艺学助理教授，曾在博伊斯汤普森研究所担任博士后科学家，同时研究矮牵牛基因组。但除了在景观美化中的应用外，矮牵牛还被用于研究转座因子 - 可以在基因组周围独立移动的DNA片段 - 并且已经被用作花朵发育，气味产生和与传粉者相互作用的模型。

驯养矮牵牛(Petunia hybrida)是两种野生物种的杂种; 一种叫做矮牵牛花(Petunia inflata)的紫色小花，另一种叫做矮牵牛花(Petunia axillaris)的白花。通过过去200年的强烈繁殖，人们创造了几乎任何颜色的彩虹花卉的矮牵牛品种。

虽然研究人员预计花园矮牵牛会从每个父母那里获得大约一半的基因，但他们看到杂交植物的基因组大约有80%的白矮牵牛，只有大约10%的紫矮牵牛。其余10%的基因是马赛克位，每个亲本的序列片混合在一起。在未来的工作中，Bombarely计划研究这些镶嵌基因的起源以及它们是否在矮牵牛驯化中发挥作用。

“这种植物的驯化历史并不简单，”Bombarely说。“我认为对此的研究不仅可以给我们一个历史的视角，而且可以为我们提供未来的工具，驯化其他物种。矮牵牛不仅仅是一朵花。它也可以成为驯化的典范。”

当紫色矮牵牛采取新的授粉策略时，这两个物种彼此分开。紫色的矮牵牛以其鲜艳的颜色吸引蜜蜂，但一旦它失去色素变成白色并开始制造新的香味化合物，它开始吸引天蛾作为传粉者。亲本基因组显示促进这种转换的转录因子可以在基因组的特别动态部分中发现，这也可能是家庭矮牵牛可以产生的花色的多样性的原因。

矮牵牛属于茄科(Solanaceae)，是同一植物的后代，产生西红柿，辣椒，土豆和茄子。亲本矮牵牛基因组显示矮牵牛经历了至少一个单独的六倍体化事件，其染色体数目增加了三倍。这一事件发生在大约3000万年前矮牵牛与西红柿和其他茄科作物分离之前。

“这些结果对茄科研究做出了巨大贡献，”BTI的共同作者兼副教授卢卡斯·穆勒说。“它们补充了过去几年获得的基因组，如番茄，马铃薯和胡椒，并将在未来许多年内由研究界开采。”

矮牵牛基因组计划没有专门的资金，而是得到了矮牵牛研究界众多科学家的支持。

北伊利诺伊大学的Thomas Sims和阿姆斯特丹大学的Francesca Quattroccio以及瑞士伯尔尼大学的Cris Kuhlemeier与Bombarely和Petunia平台的其他成员一起发起了这个项目，Petunia平台是由Tom Gerats创立的矮牵牛科学家网络。荷兰奈梅亨大学。伯尔尼大学的Michel Moser在论文中分享了第一作者。基因组序列将由Lukas Mueller运营的Sol Genomics Network主持。

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