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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