草莓和可可樹的基因組測序
日期:2010-12-29 12:27:57
一提起美味的草莓巧克力蛋糕,各位估計又要垂涎欲滴了。可是,究竟什么讓它們如此美味,科學家們也一直很感興趣。最近,《Nature Genetics》上的兩篇文章分別揭開了野草莓和可可的基因組秘密。
先說說草莓吧。來自全球五大洲的聯合研究小組利用高通量測序平臺的組合,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,是因為它的基因組相對較小,但與薔薇科屬其它成員的多數基因序列相似。
文中提到,他們只利用短讀長技術實現了39倍覆蓋,并在無物理參考的情況下實現了拼接,說明利用這些技術也能對相近的植物基因組序列進行拼接和鑒定。
研究小組使用了羅氏454、Illumina和Life Technologies的SOLiD平臺對野草莓亞屬“夏威夷4”的2.4億個堿基對的基因組進行了測序,覆蓋度達39倍。隨后他們利用 Illumina測序將草莓序列骨架(scaffold)拼接成7個假染色體,以追蹤基因組中的SNP標志物。
研究人員預測有34,809個蛋白編碼基因,其中包括25,000個目前已注釋的基因。與味道、營養價值和開花時間這些重要性狀相關的基因也被鑒定出。他們還檢測到569個tRNA,76個microRNA,許多其他RNA,以及數千個轉座元件,這些占基因組的五分之一以上。
但是與已測序的其他植物不同,研究小組稱草莓基因組并未發現大的重復事件。“薔薇科的所有成員都有著古老的三倍復制。對于草莓來說,染色體重排和基因組縮小可能掩蓋了三倍復制的特征。”
通過查看來自所謂“薔薇科保守直系同源組(rosaceous conserved ortholog set)”的389個標志物如何對應于草莓基因組,研究人員能夠得到一些關于薔薇科植物共有祖先的信息。根據目前的數據,他們總結到此家族的植物可能來自一種有著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量,并提出與草莓害蟲作斗爭的策略。也許,借助于這個研究,以后的草莓會更香更甜,保質期更長,或更能抵御害蟲。
同時,在多國研究人員的努力下,可可樹(Theobroma cacao)的基因組草圖也出爐了。這種重要的經濟作物正是美味巧克力的來源。來自法國和美國的研究人員利用454、Illumina和Sanger測序,拼接出76%的可可基因組,并鑒定出28,798個蛋白編碼基因。
研究小組使用的是全基因組鳥槍法策略,產生了26 Gb原始數據。利用這些原始數據,他們用羅氏的Newbler軟件完成了拼接,其中包含25,912個contigs和4,792個scaffolds。拼接的總長度為326.9 Mb,占可可基因組預計大小(430 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劃的主要目標之一。研究人員鑒定出兩類抗病基因,發現許多抗病基因的QTL位點存在關聯。
研究人員還發現了編碼可可脂生產的基因。優質可可豆中含有50%以上的可可脂,但84個基因控制了可可脂的量而不是質。其他重要的基因也被發現,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生味道更佳的巧克力,甚至更健康的巧克力。
隨著基因組測序的不斷深入,更多與美味相關的秘密被揭開。若干年后,我們也許能品嘗到更多風味更佳、無農藥無化肥的綠色食品。
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