中國基因組測序成果登Nature子刊
日期:2012-05-15 08:16:55
來自深圳華大基因研究院,張家口市農業科學院,丹麥哥本哈根大學的研究人員發表了題為“Genome sequence of foxtail millet (Setaria italica) provides insights into grass evolution and biofuel potential”的文章,最新完成了一種植物:谷子(foxtail millet,學名Setaria italica)的全基因組測序,谷是目前種植第二廣泛的粟類物種,這項研究為提高谷類糧食遺傳性狀提供了寶貴的資源。相關成果公布在5月13日Nature Biotechnology雜志上,目前這一論文免費開放。
文章的通訊作者分別是深圳華大基因的汪建和王俊兩位研究員,以及張家口市農業科學院的趙治海研究員。第一作者為華大基因研究院副院長張耕耘研究員等人,張耕耘表示,“這一全基因組序列的解析,是揭示作物遺傳調控奧秘的關鍵步驟,也是生物學研究和育種的一個重要平臺。”
谷子基因組
谷子又稱為粟,去殼后稱為小米。谷子起源于我國,已有7000年栽培歷史,是傳統的優勢作物、主食作物、抗旱耐瘠作物,在中華悠久的文明史上發揮了重要作用。然而,谷子的主產區多為干旱少雨的貧困地區,產量低一直是困擾谷子生產的最大難題。在一些山區、半山區只能以種谷為生的農民們,祖祖輩輩種著畝產不足70公斤的谷子,苦苦地掙扎在貧困線上。
“傳統品種的低產量極大的限制了谷子的種植和利用”,張耕耘說,“張家口市農業科學院的趙治海研究員近年來培育出了雜家品種,將谷子的產量提高了一倍。我希望這項研究成果能作為一個范例——應用基因組序列,更好的理解,更快的培育出之前被忽視的農作物,具有更高產量的,質量更好,耐受性更強的新品種。”
在這項研究中,研究人員利用新一代測序技術,對一種國內北部谷子品系:張谷(Zhang gu)進行了從頭測序(de novo assembly),獲得了大小約為423Mb(N50達到了1.0Mb),包含38,801個蛋白編碼基因的全基因組序列,這些基因預測超過81%已經表達。通過基因組注釋和分析發現,谷子基因組中的重復序列約占整個基因組的46%。
除此之外,研究人員還對另一谷子品系A2進行了重測序——A2是一種廣泛使用的谷子雜交雌株品系,利用這兩個品系親本F2代群體,完成了高密度遺傳連鎖圖譜。
基因組數據分析比對
通過將谷子基因組與水稻基因組進行比對,研究人員發現了谷子染色體的進化規律和變化趨勢,這對于了解這一農作物的進化具有重要意義。“我們發現九種谷子染色體是在三個染色體重組事件后形成的”,張耕耘說,“這三個事件,其中兩個出現在谷子從水稻分化之后,接下來在谷子從高粱分化之后,又出現了一次染色體重排。”
相比于C3植物(如水稻和小麥),C4植物具有更高的水分利用效率和光合效率,以及抗旱能力。谷子就是一種二倍體C4植物,利用其基因組序列數據,研究人員能更全面的分析C4光合作用途徑的幾種關鍵基因,結果他們發現在C4碳固定途徑中出現的基因,也出現在了C3植物中,因此研究人員推測C4途徑可能是由于調控表達的差異所引起的功能上的改變導致的。
谷子基因組序列的繪制完成,有利于分析作物數量性狀位點,在這項研究中,研究人員就利用谷子基因組幫助鑒定了抗除草劑基因,并且精確識別出了抗稀禾定性狀相關的基因,印證了之前研究表明的一個單核苷酸突變位點(SNP)可能是導致植株對稀禾定敏感性發生改變的結論。
測序方法
這項研究采用了全基因組鳥槍法-新一代測序方法,來組裝繪制這一基因組圖譜。測序采用的是Illumina第二代測序儀(Illumina Genome Analyzer II以及HiSeq 2000,分別負責短插入片段文庫和長插入片段文庫 ),數據過濾后,研究人員將約40Gb的數據呈遞給SOAPdenovo。
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