中外科学家发布橡胶树基因组草图
天然橡胶是一种重要的工业原料和战略物资，因其良好的弹性、伸展性、抗撕裂、耐疲劳、耐老化等综合性能而具有不可替代性。在两千多种产胶植物中，巴西橡胶树因其产量高、品质好、易采集和持续生产周期长等原因成为天然橡胶几乎唯一的商业来源。橡胶树为什么能高产橡胶，这种特性是否与其环境适应和进化相关？在生产上，乙烯处理为何能显著增加橡胶产量？这些都是产胶生物学研究上长期悬而未决的重要理论问题。
近期，来自中国热带农业科学院橡胶研究所的一个研究小组和日本、马来西亚的一个研究小组，分别发布了橡胶树的基因组草图。
5月23日，中国热带农业科学院橡胶研究所（简称橡胶所）和中国科学院北京基因组研究所（简称基因组所）的研究人员，在《Nature Plants》发表的一项研究，获得了一个高质量的橡胶树参考基因组，并提出了橡胶物种进化和乙烯刺激产胶的新观点。
橡胶所和基因组所科研人员经过五年多的联合攻关，成功构建了一个高质量的橡胶基因组草图，拼接序列（1.37Gb，N50=1.28Mb）覆盖基因组的93.8%；发现REF/SRPP基因家族的显著扩增及乳管（产胶细胞）特异性功能分化同乳管中大橡胶粒子的发生、橡胶高产性状密切相关，可能是橡胶树抗虫机制的重要组成部分，推测是橡胶物种进化的重要推动力；发现乳管内源乙烯的合成能力很低且不受乙烯刺激诱导，但却存在活跃的乙烯信号应答与传递通路，从源头上阐述了乙烯刺激橡胶增产的原因。相关研究结果，将极大推动产胶植物的产胶生物学研究，为橡胶树优异种质的发掘利用以及高产优质抗逆遗传改良奠定了良好基础。
最近，日本理化研究所（RIKEN）可持续资源科学中心（CSRS）的研究人员与马来西亚理科大学(USM)的合作者一起，成功破解了巴西橡胶树（Hevea brasiliensis）的基因组序列。这项研究发表在6月24日的《Scientific Reports》，报道了橡胶树的基因组序列草图，覆盖了超过93%的表达基因，并找到了橡胶生物合成的特异性基因组区域。
天然橡胶流入乳胶管道，并在植物受伤时保护它们免受昆虫的侵害。对人类来说，这是许多工业应用的一个重要资源，因为它有几个有用的特性，在人造的石油橡胶中是不能复制的。一些橡胶品种产生的橡胶产量高于其他品种，但原因仍然未知。RIKEN CSRS的Minami Matsui和USM的Alexander Chong带领的团队，着手测定和分析巴西橡胶树的基因组序列。本文第一作者Nyok Sean Lau解释道：“基因组信息可以揭示哪些基因影响着橡胶树胶乳的高生产能力。这反过来将帮助我们培育高产的橡胶树品种。”
在橡胶树基因组测序完成后，研究人员将其与大戟科中其他植物的基因组进行了比较，如木薯和蓖麻子，并发现它们共享一个大型的基因集群，超过12000个，几乎2000个基因家族对于橡胶树是特有的。
该研究小组寻找与橡胶本身和抗病性相关的基因——这两个因素都影响橡胶的生产。他们发现，组成橡胶的两个最丰富的蛋白质——Rubber Elongation Factor和Small Rubber Particle，被编码在大量基因中，这些基因聚集在基因组的一个小区域内。而其他热带植物也在某种程度上表达这些蛋白质。基因表达加帽分析(CAGE)——RIKEN开发的一种方法，发现这些蛋白质的表达是组织特异性的，在乳胶中的表达比在叶子中的表达高100倍。
该小组还发现，与大戟科的其他成员相比，橡皮树有更多的抗病相关基因，这些基因也在基因组内形成了集群。Matsui推理说：“橡胶树中发现的高乳胶生产，可能是由于这些基因的协调表达，以及基因重复所致的基因数量增加而引起的。”
Chong指出：“这一发现将有助于改善乳胶生产，在马来西亚这是一种重要的工业作物。对于USM来说，我们希望继续与RIKEN以及相关的工业伙伴合作，利用来自基因组的知识更好的生产橡胶。”
现在，在获得橡胶树的基因组之后，Matsui计划将其用于其他研究。“除了橡胶量，我们想要通过修改合成途径并在微生物或绿藻中开发橡胶的生物生产，来改善橡胶的质量。”
参考文献：
Chaorong Tang,Meng Yang,,Yongjun Fang,Yingfeng Luo.The rubber tree genome reveals new insights into rubber production and species adaptation.Nature Plants 2, Article number:16073(2016).Doi:10.1038/nplants.2016.73
本文来源于：生物通
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