首个植物重复基因数据库揭示多样性奥秘

2019年2月21日，南京农业大学园艺学院张绍铃教授团队在国际著名学术期刊Genome Biology（IF5year=16.5）在线发表题为“Gene duplication and evolution in recurring polyploidizationdiploidization cycles in plants”的研究论文。该研究系统鉴定了梨、桃、葡萄、蔬菜、花卉等141种植物基因组中不同类型重复基因，构建了世界首个植物重复基因数据库，揭示了重复基因进化的普遍规律。

以往的研究发现，有的植物有复制自己基因的功能，即通过不同类型复制方式产生1个与原基因序列相同的新基因。基因复制产生的2个同源基因称为重复基因或“姊妹基因”。近年来，随着测序技术的不断升级和测序成本的大幅度降低，越来越多的植物基因组被破译。目前已经完成全基因组测序的植物超过200种，包括单细胞绿藻，苔藓类植物，蕨类植物，裸子植物以及被子植物。然而，目前仍缺乏1个具有广泛适用性的鉴定不同种类植物重复基因的方法。

该团队在前期系统鉴定梨基因组中重复基因的基础上，开发了1个具有普遍适用性的生物信息学方法（命名为DupGen_finder），用于鉴定植物界中不同种类植物基因组中的重复基因。深入分析141种植物基因组中重复基因含量随时间变化规律发现，基因串联复制和邻近复制在植物漫长的进化过程中始终保持较高的发生频率，为植物适应复杂多变的外界环境提供了源源不断的遗传变异材料。同时该研究还揭示，基因组加倍发生后的较短时间内，重复基因之间发生高频率的基因置换（geneconversion），随着时间的推移，重复基因之间会发生广泛的时空表达分化。最后，利用141种植物基因组中包含的所有蛋白序列构建了大规模的植物直系同源基因家族。