植物线粒体基因组——细胞器基因组研究的宝藏明珠
发布日期：2020-12-09 浏览次数：3345
陆地植物细胞器基因组的变异对代谢和适应有重大影响，因此，植物细胞器基因组的准确组装和注释是了解这些基因组的进化历史和相互作用的重要工具。
线粒体是生物进行呼吸代谢、为生命活动提供能量的细胞器；其基因组相对独立于核基因组，表现为半自主遗传特性。而植物线粒体基因组较大，基因组重排、重复序列重组，以及基因获得/缺失/转移/重复等频繁发生，很大程度影响其基因的正常功能行使。
通过对高等植物线粒体DNA序列、结构、功能基因丢失/迁入、DNA片段水平转移、重复序列及RNA编辑等方面比较分析，可以揭示植物线粒体基因组复杂的进化特征与过程，为解析植物线粒体基因组的进化、探讨细胞质雄性不育机制提供新证据。
而目前已公开报道的高等植物线粒体基因组，不足500个，严重滞后于核基因组学的研究。主要是因为线粒体难分离、变异大、异质性高、重复序列多等多种因素附加导致植物线粒体基因组在建库测序及生物信息分析方面都难点重重。这为后续线粒体系统发育学（遗传演化研究、基因水平转移）、表观组学（甲基化研究、RNA编辑、分子调控机制）、基因工程（细胞育性研究、基因编辑、转基因）等都造成了不利影响，所以研究植物线粒体基因组具有重要意义，发表文章也比较容易，且频频登陆顶级期刊。
集思慧远致力于将细胞器组学研究做到世界级领先水平，目前已完成叶绿体基因组测序上千例，客户发表文章百余篇。
2020年5月份我们又开启“万种植物线粒体基因组计划”，突破了线粒体提取、基因组组装、基因组注释等多个技术难点，已搭建出完整的生物信息分析流程。截止目前公司已成功完成禾本科、豆科、锦葵科、葫芦科、十字花科、天南星科、槭树科等多个作物、中药材及林木物种的线粒体基因组测序，积累了丰富的经验，可为您提供国内最专业的技术服务。
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以下给您提供了几个研究案例，供您参考。
案例一 银杏和百岁兰线粒体基因组测序分析揭示裸子植物演变的极端化
（发表期刊: MOLECULAR BIOLOGY AND EVOLUTION IF=11.062）
裸子植物线粒体基因组在大小，序列保守性，共有DNA水平和功能含量方面和被子植物存在巨大差异。文章通过组装银杏和百岁兰种桃完整的线粒体基因组，并结合已发表的云杉和苏铁的线粒体基因组进行比较分析，发现苏铁和银杏拥有较小的基因组、较低的替换速率、存有数目众多的基因、内含子、编辑位点，推断这可能是祖先种子植物的特征；而百岁兰拥有更大的线粒体基因组长度，加快的替换速率、丢失了大量的基因，云杉相较更甚；进一步通过重复序列分析，发现苏铁和银杏共享大量的基因间区序列，而百岁兰几乎不与任何种子植物共享基因间区序列，这些都体现了裸子植物演化的极端化。
案例二 通过线粒体基因组特征揭示猕猴桃的演化与多样性
（发表期刊:Genome Biology and Evolution IF=3.462）
文章通过组装三种猕猴桃完整的线粒体基因组，并通过比较基因组学分析，发现了猕猴桃线粒体基因组上存在广泛的基因重排现象，并挖掘到了一个高变异区，频繁的发生基因间区序列的插入，缺失，断裂，导致了种间的差异极大。又通过和菊分支植物比较，鉴定出了各谱系中的基因/内含子的频繁增/减，重复序列分析揭示重复介导基因重组，驱动线粒体基因组大小的变化，揭示了植物线粒体基因组动态变异的发生模式。
案例三 通过线粒体基因组比较分析棉花细胞质雄性不育基因
（发表期刊:BMC Genomics IF=3.594）
植物线粒体基因组和核基因组的不相容，会导致产生丧失功能的雄性生殖器官，导致细胞质雄性不育。文章完成了四个棉花（2个不育性，1个恢复系和1个保持系）线粒体基因组的测序组装。首先发现线粒体基因组在他们之间是保守的，其次发现2个不育系材料中存在大量的基因组置换和重排事件；并发现2个不育系材料中分别有5个、6个独特的嵌合体ORF，其中有4个ORF在不育系和可育系材料间差异表达，可作为棉花细胞质雄性不育的候选基因。
【参考文献】Li, S., Chen, Z., Zhao, N. et al. The comparison of four mitochondrial genomes reveals cytoplasmic male sterility candidate genes in cotton. BMC Genomics 19, 775 (2018). https://doi.org/10.1186/s12864-018-5122-y
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