香蕉基因组测序

生物通,2012-07-17

由法国的研究人员领导的一个国际小组近日完成了对香蕉品种小果野蕉（Musa acuminata）的基因组测序，并开始分析这一基因组草图。相关研究成果发布在了7月11日的《自然》（Nature）杂志上。

研究人员采用Roche 454、Sanger和Illumina的测序方法绘制出了双单倍体（doubled-haploid）Musa acuminata的基因组图。从生成的523Mb基因组序列草图中，他们继续开始探究植物的进化史和与其他植物的关系。

“参考芭蕉基因组序列代表了解开这一极其重要的农作物复杂的遗传学的一项重要进展，它的育种特别具有挑战性，”文章资深作者、法国国家科学研究中心、埃夫里大学及Genoscope中心成员Patrick Wincker说。研究人员将这一序列草图称之为“遗传改良香蕉的至关重要的踏脚石。”

Wincker和他的同事们解释说从7000年前香蕉驯化伊始，芭蕉物种与亚物种间就发生了多次的杂交。结合选择无需施肥、生成无籽果实的植物，这样的杂交促成了由M. acuminata和M. balbisiana基因组构成的二倍体和三倍体香蕉品种的形成。

在当前的研究中，研究人员将焦点放在了一种称为Pahang的双单倍体香蕉上，Pahang是通过培育来自malaccensis亚物种的野生M. acuminata而生成。他们解释说这种野生植物的单倍体基因组是在广泛种植的三倍体香蕉Cavendish中发现的三种Musa基因组之一，Cavendish的体细胞无性系占据了当前生产约一半的香蕉。

采用Roche 454 GS FLX和 Illumina GAIIx平台进行Sanger法测序和高通量鸟枪测序（shotgun sequencing），研究小组生成了覆盖约90% Pahang基因的组装草图。

随后分析这一序列组装揭示了36,542预计蛋白质编码基因和235种microRNAs。基因组中最显著的是转座子，占据了一半的序列。

研究人员追踪调查了芭蕉科植物和其他如拟南芥、椰枣树、大米、高亮和短柄草等其他谱系植物所共有的约7,700个基因簇。他们还发现了为某些植物所特有的基因簇，包括与转录因子功能、防御和代谢相关的芭蕉特异性基因。

这一香蕉基因组包含了来自一种植物害虫的基因组：称之为香蕉条斑病毒（banana streak virus）的双链DNA病毒存在于基因组的20几个位点。研究人员指出相比于香蕉品种B. balbisiana中发现的条斑病毒，这些病毒似乎并没有遗传资源形成自主传染性颗粒。

Pahang染色体模式与全基因组复制发生在芭蕉谱系内和祖先植物中的观点相一致。祖先植物还生成了同一开花植物目（姜目）的其他植物。 然而研究小组的染色体和系统进化分析也表明姜目中的全基因组复制独立于那些影响其他开花植物目——禾本目( Poales)的基因组。 最后，研究人员的RNA序列数据提供了随香蕉果实成熟一些转录改变的认识。例如，他们报道香蕉成熟涉及一个改变植物细胞壁的酶的编码基因的跳跃，以及淀粉生成酶的水平下降。 这些转录信息也使得研究人员发现了一些有助于香蕉防御的基因，鉴于香蕉面临的病毒和虫生真菌，当前主要采用农药对抗这些病原体，这一研究发现代表了经济利益的另一区域。 （生物通：何嫱）