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研究人员测量了植物泛基因组的大小
日期:2018-01-09 作者:编审:龚晶 来源:农科智库 点击:
     迄今为止,植物功能基因组领域的大部分研究都在使用单个参照基因组。但是,仅使用单个参照基因组并不能获得某一物种的完整基因变异性。泛基因组是指某一物种不同个体所有基因组的无冗余集合,是打开自然多样性的宝贵钥匙。但是,生成大量优质基因组所需的计算资源一直是构建植物泛基因组的限制因素。
    在构建用于燃料和食物生产的农作物的泛基因组之后,育种人员可以运用自然多样性来提高农作物的产量、抗病性和对极限生长条件的适应性等。《自然通讯》(Nature Communications)在2017年12月19日刊登的一篇文章当中,美国能源部(Department of Energy,DOE)位于劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory,Berkeley Lab)的科学用户设施联合基因组研究所(Joint Genome Institute,JGI)的一个国际研究小组运用二穗短柄草(Brachypodium distachyon)测量了植物泛基因组的大小。二穗短柄草是一种野草,广泛用作谷物和生物质农作物的模型。作为JGI最著名的植物基因组之一,二穗短柄草是有着最完整的植物参照基因组的植物之一。
    本研究的资深作者、JGI植物功能基因组(Plant Functional Genomics)团队的负责人约翰·沃格尔(John Vogel)表示:“单一参照基因组会漏掉大量的基因。实际上,泛基因组当中约一半的基因只存在于一部分的品系当中。”为准确估计植物泛基因组的大小,沃格尔和同事对54种地理分布各异的二穗短柄草品系进行了全基因组从头拼接和注释,得出的泛基因组当中包含的基因是单个品系基因数量的将近两倍。
    本研究第一作者、JGI生物信息学家肖恩·戈登(Sean Gordon)也表示:“某一物种的基因组实际上是集各品系基因组为一体的,其中每个基因组都有其独特之处。现在,我们认识到把注意力仅放在单一参考基因组会导致我们对基因多样性的估计不完整和偏差,并且会忽视那些对于育种工作来说可能重要的基因。既然如此,我们就应该在今后的自然多样性研究当中引入更多的参考基因组。”
    此外,仅在某些品系当中发现的基因往往有助于对某些环境条件有利的生物进程(例如抗病性和发育等),而每个品系均含有的基因往往是重要细胞过程的基础(比如糖酵解和铁转运)。
    沃格尔补充道:“这就意味着被优先保留下来的可变区基因在某些条件下有益的,这也正是育种员想要对农作物进行改良所需的基因。”
    此外,只在某些品种当中发现的基因的进化速度更快,更接近转座因子(人们认为转座因子在泛基因组进化当中扮演着重要角色),并且位于与其他禾本科植物同等功能基因相同的染色体位置的几率更小。
    序列拼接和基因注释等相关信息可以在该项目的网站BrachyPan(brachypan.jgi.doe.gov)上下载。二穗短柄草基因组可在JGI的植物门户网站Phytozome(phytozome.jgi.doe.gov.)上查询。(来源:美国能源部/联合基因组研究所  北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
 
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