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草莓和可可樹(shù)的基因組測(cè)序

日期:2010-12-29 12:27:57

一提起美味的草莓巧克力蛋糕,各位估計(jì)又要垂涎欲滴了。可是,究竟什么讓它們?nèi)绱嗣牢叮茖W(xué)家們也一直很感興趣。最近,《Nature Genetics》上的兩篇文章分別揭開(kāi)了野草莓和可可的基因組秘密。

先說(shuō)說(shuō)草莓吧。來(lái)自全球五大洲的聯(lián)合研究小組利用高通量測(cè)序平臺(tái)的組合,繪制出了野草莓(Fragaria vesca)基因組的草圖。野草莓也屬于薔薇家族的一員,它的近親有我們熟悉的蘋果、桃子、梨等。之所以選擇野草莓,是因?yàn)樗幕蚪M相對(duì)較小,但與薔薇科屬其它成員的多數(shù)基因序列相似。

文中提到,他們只利用短讀長(zhǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了39倍覆蓋,并在無(wú)物理參考的情況下實(shí)現(xiàn)了拼接,說(shuō)明利用這些技術(shù)也能對(duì)相近的植物基因組序列進(jìn)行拼接和鑒定。

研究小組使用了羅氏454、Illumina和Life Technologies的SOLiD平臺(tái)對(duì)野草莓亞屬“夏威夷4”的2.4億個(gè)堿基對(duì)的基因組進(jìn)行了測(cè)序,覆蓋度達(dá)39倍。隨后他們利用 Illumina測(cè)序?qū)⒉葺蛄泄羌埽╯caffold)拼接成7個(gè)假染色體,以追蹤基因組中的SNP標(biāo)志物。

研究人員預(yù)測(cè)有34,809個(gè)蛋白編碼基因,其中包括25,000個(gè)目前已注釋的基因。與味道、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和開(kāi)花時(shí)間這些重要性狀相關(guān)的基因也被鑒定出。他們還檢測(cè)到569個(gè)tRNA,76個(gè)microRNA,許多其他RNA,以及數(shù)千個(gè)轉(zhuǎn)座元件,這些占基因組的五分之一以上。

但是與已測(cè)序的其他植物不同,研究小組稱草莓基因組并未發(fā)現(xiàn)大的重復(fù)事件?!八N薇科的所有成員都有著古老的三倍復(fù)制。對(duì)于草莓來(lái)說(shuō),染色體重排和基因組縮小可能掩蓋了三倍復(fù)制的特征?!?/FONT>

通過(guò)查看來(lái)自所謂“薔薇科保守直系同源組(rosaceous conserved ortholog set)”的389個(gè)標(biāo)志物如何對(duì)應(yīng)于草莓基因組,研究人員能夠得到一些關(guān)于薔薇科植物共有祖先的信息。根據(jù)目前的數(shù)據(jù),他們總結(jié)到此家族的植物可能來(lái)自一種有著9條染色體的古老植物。

有了草莓基因組在手,研究人員打算利用序列更深入地研究草莓,并改善種植草莓的質(zhì)量,并提出與草莓害蟲(chóng)作斗爭(zhēng)的策略。也許,借助于這個(gè)研究,以后的草莓會(huì)更香更甜,保質(zhì)期更長(zhǎng),或更能抵御害蟲(chóng)。

同時(shí),在多國(guó)研究人員的努力下,可可樹(shù)(Theobroma cacao)的基因組草圖也出爐了。這種重要的經(jīng)濟(jì)作物正是美味巧克力的來(lái)源。來(lái)自法國(guó)和美國(guó)的研究人員利用454、Illumina和Sanger測(cè)序,拼接出76%的可可基因組,并鑒定出28,798個(gè)蛋白編碼基因。

研究小組使用的是全基因組鳥(niǎo)槍法策略,產(chǎn)生了26 Gb原始數(shù)據(jù)。利用這些原始數(shù)據(jù),他們用羅氏的Newbler軟件完成了拼接,其中包含25,912個(gè)contigs和4,792個(gè)scaffolds。拼接的總長(zhǎng)度為326.9 Mb,占可可基因組預(yù)計(jì)大?。?30 Mb)的76%。

真菌和oomycete疾病是全世界可可種植的主要限制,尋找天然的抗病基因也是可可育種計(jì)劃的主要目標(biāo)之一。研究人員鑒定出兩類抗病基因,發(fā)現(xiàn)許多抗病基因的QTL位點(diǎn)存在關(guān)聯(lián)。

研究人員還發(fā)現(xiàn)了編碼可可脂生產(chǎn)的基因。優(yōu)質(zhì)可可豆中含有50%以上的可可脂,但84個(gè)基因控制了可可脂的量而不是質(zhì)。其他重要的基因也被發(fā)現(xiàn),如味道、天然抗氧化劑、香氣、激素、色素等。改變這些基因可能產(chǎn)生味道更佳的巧克力,甚至更健康的巧克力。

隨著基因組測(cè)序的不斷深入,更多與美味相關(guān)的秘密被揭開(kāi)。若干年后,我們也許能品嘗到更多風(fēng)味更佳、無(wú)農(nóng)藥無(wú)化肥的綠色食品。