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辣椒T2T基因组中的着丝粒组装

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发表时间：2024-07-26 14:33

       2024年5月20日，北京大学现代农业研究院郭立研究员团队与何航研究员团队合作在国际著名期刊Nature Communications上在线发表了题为“Two telomere-to-telomere gapless genomes reveal insights into Capsicum evolution and capsaicinoid biosynthesis”的研究论文。该研究组装了两个端粒到端粒（T2T）无缺口辣椒基因组；深入解析了辣椒着丝粒序列特征，发现独特的重复序列元件。

      研究基于T2T基因组和借助CENH3 ChIP-seq数据完整鉴定了辣椒基因组的着丝粒位置和序列，发现其着丝粒缺少其他植物和人类基因组中广泛报道的卫星DNA序列，而被大量的Gypsy家族（特别是CRM亚家族）的反转录转座子LTR序列入侵。尽管功能保守，辣椒的着丝粒序列在染色体间和种间具有较低的序列相似性，表明其着丝粒的快速进化。着丝粒是基因组中的暗物质，通常被认为是转录不活跃的异染色质区域。该研究惊讶地发现，辣椒着丝粒序列具有显著的转录活性，也存在TAD和loop等三维基因组结构，表明着丝粒区域的基因表达可能发挥着重要功能。


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两个辣椒的T2T基因组组装和比较



其次，为了研究辣椒素生物合成通路的进化历史，该研究重建了辣椒属系统发育进化树，发现辣椒素合成途径可能在大约13.4个百万年（C. rhomboideum和C. annuum/C. baccatum分化）和五百万年（C. baccatum和C. annuum分化）之间出现。该研究分析了辣椒素生物合成通路基因（CBG）在辣椒属植物的进化，发现在所有辣椒属植物中，无论是否产辣椒素，都含有不同数量的CBG基因。辣椒素合成酶（CS）是辣椒素生物合成的关键基因，仅在茄科作物中以串联重复的形式出现，一年生辣椒含有7个串联重复拷贝，而在野生辣椒中仅存在4个拷贝。CBG基因在辣椒果实中高度表达，而在不辣的植物如番茄、马铃薯、酸浆和野生辣椒中CS基因几乎不表达。序列比对显示，辣椒的CS基因（CS-1/CS-2）具有保守的编码序列和上下游调控区，而在不辣的辣椒和近缘茄科物种中编码区和调控区发生了明显的结构变异。

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辣椒素生物合成基因的进化及其组织特异性

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