茄科作物基因组的多重序列比对与进化研究课题以茄科作物和双子叶重要模式植物葡萄、咖啡的基因组为研究对象,利用比较基因组学的研究方法,确定物种进化过程中多倍化发生规模,推断与多倍化关联的基因组结构和染色体进化模式,阐明多倍化对物种进化、演化产生的影响。多个基因组的同源结构分析表明,茄科作物的祖先与葡萄共同祖先在约130百万年前(Mya)发生了一次古老的全基因组三倍乘事件,且在65Mya茄科祖先又发生了一次特异性的全基因组三倍乘事件。
两次全基因加倍都伴随了大量的基因丢失,并且丢失片段的分布频率类似一种几何分布,这说明基因丢失很可能是以一种随机的模式进行。利用基因组的同源结构和严格的共线基因搜索,研究得到了全基因组加倍产生的同源重复基因。
其中番茄有最多的同源染色体片段(354)和重复基因对(4196),占其基因组的12.1%。以物种内、间的同源共线性信息为基础,研究构建以葡萄、咖啡、基因组为参考的同源联合比对图谱。
基于基因组内、间同源基因的同义核酸替代速率(Ks)的分布,比较物种内在SCT时期的Ks值大小发现,番茄的Ks值最高(0.75);马铃薯的Ks值最小(0.65),是几个茄科物种中进化速率最慢的。以马铃薯Ks值和最新的化石证据为标准,研究对Ks的分布进行了矫正,并对各物种的分化时间进行了估算。
发现在茄科中,辣椒最先分化产生于~29Mya;茄子紧随其后,产生于~24Mya;番茄和马铃薯的分化时间比较近,在~12Mya。研究生成了的跨越3个科的包含六个物种直系同源和旁系同源信息的联合比对列表,将为茄科物种基因组在结构、功能及进化上的相关研究提供广泛而有价值的资源。
