研究人員測量了植物泛基因組的大小

編審：龔晶 北京市農林科學院農業信息與經濟研究所

迄今為止，植物功能基因組領域的大部分研究都在使用單個參照基因組。但是，僅使用單個參照基因組並不能獲得某一物種的完整基因變異性。泛基因組是指某一物種不同個體所有基因組的無冗餘集合，是打開自然多樣性的寶貴鑰匙。但是，生成大量優質基因組所需的計算資源一直是構建植物泛基因組的限制因素。

在構建用於燃料和食物生產的農作物的泛基因組之後，育種人員可以運用自然多樣性來提高農作物的產量、抗病性和對極限生長條件的適應性等。《自然通訊》（Nature Communications）在2017年12月19日刊登的一篇文章當中，美國能源部（Department of Energy，DOE）位於勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory，Berkeley Lab）的科學用戶設施聯合基因組研究所（Joint Genome Institute，JGI）的一個國際研究小組運用二穗短柄草（Brachypodium distachyon）測量了植物泛基因組的大小。二穗短柄草是一種野草，廣泛用作穀物和生物質農作物的模型。作為JGI最著名的植物基因組之一，二穗短柄草是有著最完整的植物參照基因組的植物之一。

本研究的資深作者、JGI植物功能基因組（Plant Functional Genomics）團隊的負責人約翰·沃格爾（John Vogel）表示：「單一參照基因組會漏掉大量的基因。實際上，泛基因組當中約一半的基因只存在於一部分的品系當中。」為準確估計植物泛基因組的大小，沃格爾和同事對54種地理分布各異的二穗短柄草品系進行了全基因組從頭拼接和注釋，得出的泛基因組當中包含的基因是單個品系基因數量的將近兩倍。

本研究第一作者、JGI生物信息學家肖恩·戈登（Sean Gordon）也表示：「某一物種的基因組實際上是集各品系基因組為一體的，其中每個基因組都有其獨特之處。現在，我們認識到把注意力僅放在單一參考基因組會導致我們對基因多樣性的估計不完整和偏差，並且會忽視那些對於育種工作來說可能重要的基因。既然如此，我們就應該在今後的自然多樣性研究當中引入更多的參考基因組。」

此外，僅在某些品系當中發現的基因往往有助於對某些環境條件有利的生物進程（例如抗病性和發育等），而每個品系均含有的基因往往是重要細胞過程的基礎（比如糖酵解和鐵轉運）。

沃格爾補充道：「這就意味著被優先保留下來的可變區基因在某些條件下有益的，這也正是育種員想要對農作物進行改良所需的基因。」

此外，只在某些品種當中發現的基因的進化速度更快，更接近轉座因子（人們認為轉座因子在泛基因組進化當中扮演著重要角色），並且位於與其他禾本科植物同等功能基因相同的染色體位置的幾率更小。

本文系獨家編譯報道，轉載請註明出處。

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