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第一份完全注釋的普通小麥參考基因組報告

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2018/08/17

一個國際性的研究小組報告了普通小麥的完全注釋版參考基因組;普通小麥是世界上最重要且種植面最廣的農作物之一。這一具里程碑意義的基因組測序為加快研發旨在解決人類營養和提高作物恢復能力所需的小麥新品種而給科學家們提供了強有力的新工具。這一進展在兩篇《科學》報告及一篇《科學進展》中進行了重點介紹,它們都強調了這一高品質基因組對瞭解小麥生物學的影響以及其對基因組輔助育種創新的潛力。

小麥是全球營養的一個主要來源;隨著人口的快速增長及環境的不斷變化,對小麥新品種的需求變得十分強勁,這些新品種應能提高產量、增加營養性、抗病蟲害並能耐受生長條件的變化。詳盡的作物基因組序列可通過對作物最有幫助的基礎特性提供指導而給創建更強健作物品種帶來重大進展;然而,現代的普通小麥是3種不同先祖基因組的複雜混合,因此,要充分解碼其基因組一直頗具挑戰性。

在一篇《科學》報導中,「國際小麥基因組測序協會」(IWGSC)報告了普通小麥品種「中國春」的第一個高品質完全注釋參考基因組序列。

IWGSC參考序列」(IWGSC Reference Sequence,或RefSeqv1.0)宛如地圖集,它提供了這一小麥品種的整個21條染色體的107000多個基因及超過400萬個標記的位置和構建——它們中的某些與農業上重要的特性相關。據作者披露,被稱作RefSeqv1.0的基因序列可以若干方式用於研究,其中包括基於CRISPR的基因組修飾。

在《科學》雜誌中的第二則研究用這一新的參考基因組來進行同源基因(即功能類似但源於不同先祖基因組的基因拷貝)表達的全基因組分析。精確定位普通小麥中的這些同源基因可幫助科學家們更好地瞭解多倍體小麥的基礎生物學。通過將基因表達資料集與IWGSC RefSeqv1小麥基因組序列結合,Ricardo Ramirez-Gonzalez等揭示了小麥中跨越不同組織、發育階段及栽培品種的同源基因間的基因表達平衡。在發育時及在應激時,Ramirez-Gonzalez等在基因表達和共表達網路中發現了組織特異性偏差。據作者披露,他們的研究為小麥中具寶貴農業特性基因的設靶提供了框架結構。

最後,在《科學進展》的一篇研究中,科研人員利用新的IWGSC參考序列對促成各種小麥引發的免疫性疾病及過敏的蛋白進行了仔細檢查;這些疾病包括:乳糜瀉、麵包師哮喘及小麥依賴性運動誘發型過敏反應(WDEIA)等。在某些人中,接觸小麥中的特定蛋白會引發嚴重的過敏反應。以乳糜瀉為例,這種全球流行的慢性炎症性疾病是由醇溶蛋白(麥膠蛋白和麥穀蛋白)觸發的,這兩種蛋白在小麥中都是常見的。此外,呼吸系統或皮膚接觸其它某些類型的小麥蛋白也與不良的免疫反應有關。然而,由於小麥基因組的複雜性及缺乏這一作物的完整基因組資訊,人們仍然無法詳細瞭解這些蛋白的性質。Angela Juhász等人用IWGSC RefSeqv1.0小麥基因組來搜尋那些編碼已知的可誘發過敏的小麥蛋白基因,並對整個DNA序列中的每一該類基因進行了繪測。Juhász等人的分析確認了828種可能與免疫反應性蛋白有關的已知和先前未知的基因。

結果顯示,與乳糜瀉和
WDEIA有關的基因會在澱粉質胚乳組織(即烘焙麵粉的來源)中表達,而各種脂質轉移蛋白和α-澱粉酶胰蛋白酶抑制物基因族則與麵包師哮喘有關。此外,本研究揭示,在開花期間的溫度應激可增加主要的引發乳糜瀉和WDEIA蛋白的表達。研究人員的詳細分析就環境與生長條件對人類消費者造成麻煩的蛋白表達的作用提供了重要的線索。除了其它對食品工業有用的資訊外,他們的研究還為低過敏性小麥品種的生產提供了資料。