《解码日本牵牛花基因组》

  • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
  • 编译者: 潘淑春
  • 发布时间:2017-11-28
  • 2016年11月,日本国家基础生物学研究所报道,该所研究人员成功解码了日本牵牛花(Ipomoea nil)的全部基因组。在日本, 牵牛花是一种很受欢迎的传统园林植物,夏天在很多花园可以见到。从约200年前的江户时代开始,人们就开始培育、欣赏这种长有奇形异状花瓣和叶子的牵牛花,这成为日本的一种独特的园艺文化。由于其“跳跃基因”(又称转座子,transposons)的作用,牵牛花经常发生基因突变。

    由于“突变的牵牛花”很流行,研究人员收集了很多自然突变体。他们利用整个基因组序列表征了拥有深绿色、厚实、褶皱叶子的矮小型牵牛花的突变体。通过对这些突变体的详细分析,发现很多决定花瓣、叶子形状以及花色和花纹的基因。同时还发现了一种植物激素生物合成基因,这种基因可受到突变体中转座子的干扰。

    日本庆应义塾大学(Keio University)的神原安文(YasubumiSakakibara)教授是该项研究的带头人之一,负责本研究中的基因组搭配和生物信息学分析。他说:“我们得到了一个近乎完整的高质量基因组序列,数量达到约43,000个。同时掌握了牵牛花转座子的数量及其分布情况,由此,我们可培育大量具有不同颜色和形状的牵牛花品种。”

    日本九州大学(Kyushu University)讲师、国家生物资源项目(National BioResourse Project, NBRP)牵牛花计划负责人仁田坂英二(EijiNitasaka)表示:“基因组解码后,极大地提高了将日本牵牛花作为一种模式生物加以利用的价值。我希望,日本牵牛花及其突变体可为全世界更多研究人员所利用。”该项目研究的带头人之一、日本基础生物学研究所(National Institute for Basic Biology)助理教授星野淳史(Atsushi Hoshino)也表示:“日本牵牛花的基因组序列不仅有助于人们了解牵牛花,也可用于与之联系密切的作物,如甘薯等的研究中。”该项研究成果发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

    (编译 潘淑春)

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    • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者:潘淑春
    • 发布时间:2017-11-28
    • 据法国国家农业科学院报道,2016年6月,在法国投资的未来计划(Future Programme)中的“日出”项目(SUNRISE project)框架下,由法国国家农业科学院(French National Institute for Agricultural Research, INRA)的科学家和国际向日葵基因组联盟(International Sunflower Genome Consortium)合作进行了向日葵全基因解码研究。2015年,INRA奥克西塔尼-图卢兹的研究院团队在奥克西塔尼—比利牛斯地区—地中海地区的企业合作伙伴Sofiprotéol和Libragen公司的支持下,利用图卢兹Génopole的GeT-PlaGe平台,使用PacBio RS II 测序仪,成功解码了向日葵基因组。 向日葵基因组解码不到一年,针对基因组的深入分析就揭示了上百个共同作用于向日葵开花的基因,及与产油相关的基因。这些初步的研究结果将有利于日后开发向日葵改良品种,能够在面对新的环境挑战,特别是气候变化挑战中,更好地适应农业领域不可避免的变化。该项研究成果于2017年5月22日发表在《自然》(Nature)网络版期刊上。 一、新型改良葵花油 历史上,培植的向日葵有两种:一种是北美土著民族对野生向日葵品种的本地化培植,另一种是将最高产的品种进行杂交选育。目的是改善向日葵品种的有关农艺性状,例如抗病性和产油量。向日葵的相关基因解码后,科学家们能够更准确地定位其农艺性状,定位速度比之前提高了三倍。 科学家们选取了80种向日葵品种的DNA进行了对比,重点是分析他们的含油率和食用葵花籽的生产能力。通过差异性对比分析和基础数据比对,研究人员构建了一个与产油量相关的完整基因网络全景图,同时在农艺性状方面也可辨认出潜力最大的基因品种。该研究成果不仅能满足消费者对葵花油营养质量的需求,还能满足农业食品产业的需求,在技术潜力开发方面也有利于建立更加可持续、更高效的产业链。 二、开花期是作物适应不同气候环境的关键 INRA的科学家发现向日葵基因组与其他同属菊科的作物如生菜和洋蓟的基因组不同,向日葵基因组的数量在约3亿年前就翻了一倍。该“近期的”翻倍现象可说明为何现在的向日葵基因数量(52,000多个)如此庞大。尽管如此,研究人员还是成功确认出了哪些基因主要与花的器官相关,并决定花期。了解这些基因在基因组内部如何进行组织才能加速向日葵品种改良的进程。这样,农民也可获得更多早期开花的品种,使更多地区能够种植向日葵。 三、基因组是作物适应气候变化、对抗疾病的工具 在主要的作物中,向日葵是投入最少、需水量最少的作物。在全球变暖、侵蚀性害虫越来越多的情况下,为了利用向日葵的上述优势,研究人员要研究可抗严重干旱的野生向日葵品种基因,并能抵御向日葵生长区域的寄生虫,进而利用这些基因改良培育新品种。 在面对新的环境挑战尤其是气候变化中,这些通过基因组解码得到的初步结果将有利于向日葵品种改良,更好地适应农业领域不可避免的变化。这些新品种将满足食物和产业需求,同时也可应对农业所面临的经济挑战。 (编译 潘淑春)