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许升全教授团队在药用动物基因组研究中取得重要进展
作者:          发布时间:2020-03-02     阅读:

全基因组测序结合比较基因组研究能够为生物重要生命活动及其演化提供完整的遗传学支撑。全基因组结构是目前研究模式生物和重要动植物的必备基础。许升全教授联合西北工业大学王文教授团队邱强教授、西北濒危药材资源开发国家工程实验室王喆之教授、计算机科学学院谢娟英教授和电子竞技买外围的网站黄华腾教授,应用三代测序技术,自主组装了两种重要药用动物的全基因组,并结合比较和进化基因组方法研究了其药用活性成分的合成机制及演化。

1.菲牛蛭基因组揭示水蛭素合成机制

菲牛蛭是中国药典收录的3种药用水蛭中个体最大、吸血能力最强的一种。但其水蛭素合成相关基因及遗传背景完全缺失。许升全教授团队利用Pacbio测序技术,构建了高质量菲牛蛭基因组,发现菲牛蛭基因组约为151.8 Mb,包含21,005个蛋白质编码基因;并以已知的水蛭素基因作为模板,在菲牛蛭基因组上成功定位水蛭素基因的位置。水蛭素合成相关基因家族分布紧密,而且与另一类同源抗凝血酶合成Antistasin基因构成功能基因簇。此基因簇上游分布有多种类型LTR重复序列,可能是调控该基因簇的功能片段。进一步的比较基因组分析显示,菲牛蛭合成水蛭素与已知水蛭素蛋白质序列虽存在差异,但空间结构变异较小,行使相同分子功能,未经历快速进化。

2.圆点斑芫青基因组揭示斑蟊素合成机制

斑蟊素是芫菁科昆虫普遍存在的一类抗癌物质,在中西医和农业害虫防治中都有广泛的应用。但其人工合成因为条件苛刻一直无法工厂化生产。目前对芫菁科昆虫体内斑蟊素的合成机制研究主要是用比较转录组的方法推测可能的相关基因,但代谢通路完全不清楚。圆点斑芫青是一种国内广泛分布的芫菁科昆虫,许升全团队利用nanopore纳米孔测序数据,组装了圆点斑芫青的基因组,并分析了斑蝥素生物合成相关的可能基因和途径,发现基因组草图大小为288.5 Mb,其N50长度为467.8 Kb,重复序列占比50.62%。获得了16,500个蛋白编码基因,核心基因完整性94.4%。几乎全部鉴定的基因在GOKEGG以及NR非冗余数据库中被赋予了功能性注释。比较基因组分析显示,团队所组装的完整性和连续性均优于其他两种已知斑蝥基因组。同源基因的分析和进化推断表明,圆点斑芫青与其他芫菁科昆虫基因背景几乎完全相同,分化时间也极短。斑蟊素合成背景是特化的保幼激素合成途径。

这两种基因组自主组装完成,将为实验室开展进化和功能基因组研究奠定基础。师资博士后管德龙博士为两篇论文第一作者,北京百迈客生物科技有限公司武汉未来组生物科技有限公司提供测序服务,两篇论文分别于20201月在线发表于Frontiers in Genetics杂志。题目及文章链接:

1Draft Genome of the Asian Buffalo Leech Hirudinaria manillensishttps://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2019.01321/full);

2.Draft Genome of a Blister Beetle Mylabris aulicahttps://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2019.01281/full)。