近日,，基因組研究所武志強課題組在《BMC系列的植物生物學（BMC Plant Biology）》上發(fā)表了題為”Variation in mitogenome structural conformation in wild and cultivated lineages of sorghum corresponds with domestication history and plastome evolution”的文章,，研究組裝了六個栽培種和一個野生高粱線粒體基因組,，研究發(fā)現(xiàn)高粱線粒體基因組的構(gòu)象差異與高粱馴化歷史之間的聯(lián)系，從高粱線粒體基因組到細胞核內(nèi)存在廣泛的序列轉(zhuǎn)移,，并且不同物種間存在巨大差異。該研究加深了對高粱馴化歷史和細胞器基因組進化的了解,，為高粱育種改良提供了理論基礎(chǔ),。

高粱(Sorghum bicolor)是全球第五大谷物作物，解析高粱基因組數(shù)據(jù)對高粱育種改良至關(guān)重要,，然而由于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)變化和長段的重復(fù)性DNA,，高粱的細胞器基因組組裝十分困難，目前僅報道了一個高粱屬栽培種的線粒體基因組,。

研究人員利用已發(fā)布的高粱三代CLR和二代Illumina全基因測序數(shù)據(jù),，組裝得到了六個高粱栽培種(Sorghum bicolor)種質(zhì)和一個近緣物種(Sorghum propinquum)的線粒體和葉綠體基因組。根據(jù)線粒體基因組構(gòu)象,，這七種高粱材料可分為三種類型（如圖1 abc）,，通過比較基因組學方法，研究發(fā)現(xiàn)線粒體基因組結(jié)構(gòu)類型與栽培高粱在東非和西非的兩次獨立馴化事件相關(guān),。

圖1 | 高粱線粒體基因組構(gòu)象

植物細胞內(nèi)序列從細胞器基因組到核基因組的轉(zhuǎn)移頻繁且連續(xù)發(fā)生,，是理解細胞內(nèi)基因組間協(xié)同進化的關(guān)鍵。該研究對細胞核內(nèi)線粒體DNA序列(NUMTs)和細胞核內(nèi)葉綠體DNA序列在染色體各區(qū)域的分析進行研究（圖2 ab）,，發(fā)現(xiàn)在不同材料間這些轉(zhuǎn)移序列在染色體各區(qū)域有不同的富集模式,。盡管大量研究表明細胞器轉(zhuǎn)移的序列在核內(nèi)染色體上是無活性或無功能的，但存在例外,，其中一些有功能的轉(zhuǎn)移序列對細胞代謝和基因組進化有影響,。

圖2 | NUMTs和NUPTs在染色體上的分布

該研究為高粱屬提供了高質(zhì)量的細胞器基因組和線粒體基因組組裝新策略，為了解細胞器轉(zhuǎn)移序列在細胞核內(nèi)的進化以及栽培高粱馴化歷史提供了理論依據(jù)和新思路,。

基因組所武志強研究員和科羅拉多州立大學Luke Tembrock論文的通訊作者,。碩士生張碩為論文的第一作者，同時感謝基因組所陶永富研究員,，博士后賀文闖和闞勝龍對本研究的指導(dǎo),。基因組所博士生王杰和廖雪竹也參與了該研究,。

該研究得到深圳市優(yōu)秀科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)-優(yōu)秀青年基礎(chǔ)研究,，國家自然科學基金，中國農(nóng)業(yè)科學院“青年英才計劃”等項目支持,。