中国科学家主导破译“沙漠之魂”胡杨基因组并揭示其耐盐机制

近日，由兰州大学、深圳华大基因研究院和中国科学院青岛生物能源与过程研究所等单位的科学家合作，发表了题为《胡杨基因组揭示其耐盐适应性机制》（Genomic insights into salt adaptation in a desert poplar）的文章，宣布完成了胡杨(Populus euphratica)全基因组测序分析工作，其成果已在线发表于《自然•通讯》杂志上（http://www.nature.com/ncomms/2013/131121/ncomms3797/full/ncomms3797.html ）。

林木一直以来作为纤维资源的最重要来源之一，同时起着调节气候、净化空气、防风抗沙等生态作用。而目前关于树木耐盐基因组学方面的研究几乎空白。胡杨耐旱耐盐，生命顽强，是沙漠中的唯一的乔木树种，被称为“沙漠之魂”，是研究耐盐、抗旱等机制的代表性树种。

胡杨基因组相对复杂，基因组杂合率约0.5%。研究人员通过全基因组鸟枪测序法结合Fosmid-to-Fosmid策略成功获得了高精度的胡杨全基因序列图谱。研究总共发现了34,279个编码基因。通过小RNA研究鉴定了152个保守microRNA以及114个潜在的新microRNA。通过与同属盐敏感的毛果杨的基因组序列进行比较基因组学分析发现，两物种的分化时间大约距今800～1,400万年。同时寻找到胡杨盐胁迫相关57个正向选择（positive selection）的基因，其中包括调节离子稳定和清除活性氧化物的基因ENH1等。

研究人员进一步通过胡杨和毛果杨在盐胁迫条件下的转录水平进行比较研究，发现编码K+吸收转运蛋白的基因KUP3和Na+/Ca2+交换蛋白的基因NCL在胡杨组织中表现出显著上调；而编码Na+/H+反向转运体的基因如NhaD1在毛果杨组织中表现出下调。结果证明胡杨通过与离子转运相关的基因上调及维持内稳态相关的基因发生扩增对高盐胁迫进行响应或适应。

华大基因该项目负责人王军一博士表示：“基因组序列图谱的破译揭示了胡杨可能的耐盐机制，为理解林木的盐胁迫耐受机理和加速适应盐碱、荒漠地带的林木育种提供了重要的基础，加速了林木的成材性研究和耐逆遗传工程改良等工作。同时，该工作的完成也实现了耐盐植物基因组的研究从草本植物到木本植物的贯穿，为进一步全面、深入、准确的探索植物的耐盐、耐旱机理提供了新的空间。”