芒草基因组图谱用于深入研究草类进化

生物燃料杂志， 2012年05月31日

芒草可以用于园林中、燃烧获得热和能，以及被转化成液体燃料。它们属于一个主要的草类家族，该家族包括玉米、高粱和甘蔗。两个新的、独立制作的芒草（ Miscanthus sinensis）（一种观赏植物，奇岗（Miscanthus giganteus）的亲代之一，一种生物燃料作物）染色体图谱是迈向芒草基因组测序的第一步。该研究揭示了，一株带有鲜明特点的新的植物物种如何作为染色体复制和融合的结果出现。

这两项研究在今年发表：第一个研究，是由能源作物公司Ceres完成的，发表在PLoS ONE杂志上；第二个，是由伊利诺州大学的研究人员领导的团队完成的，发表在BMC Genomics杂志上。

后一个研究中用到的数据、材料、方法和遗传标记是公开的，可以用于进一步研究。在进行这项研究前，科学家们已经了解到芒草的基本染色体组有19条染色体，与高粱密切相关，高粱是10条（人类是23条）。

但是，在没有芒草基因组图谱和序列的情况下，研究人员希望最大化产量或者找出哪些基因赋予了芒草优良的性状，这都是盲目的，伊利诺州大学农作物科学教授以及能源生物科学研究所项目负责人Stephen Moose称，他领导了BMC Genomics的研究。

Moose和他的同事们利用从甘蔗基因组收集到的信息，针对芒草基因组的特定区域，开发了数百个遗传标记。然后，他们在实验室中将两株芒草进行杂交，得到了221个子代。

通过比较来自亲代的遗传标记如何分配到子代中，该团队重建了对应芒草19个染色体的19个“连锁群”。这份粗染色体图谱是迈向芒草基因组的第一步，Moose称。研究人员还利用高粱基因组作为参照。他们的分析表明芒草的出现是高粱基因组复制的结果，一些染色体部分发生了后期融合。“一些植物进行基因组复制，然后进行分配”，Moose称。“有时整个染色体丢失，而有时发生融合。”一旦一个基本染色体组中的一条染色体有两个拷贝，每一条都将沿着自身的进化轨迹发展。“通常情况下，即使有两个拷贝（同一版本的染色体），其中一个也会随着时间退化”，Moose称。

“某些位置和某些基因将会胜出。”基因组复制可能破坏了植物的活力或者赋予其优势。双倍、三倍或者其他复制基因组的直接好处就是，增加了植物的大小，或者特定植物部分的大小，Moose称。

“人类选择了这些特性”，他称。“例如，草莓是八倍体，它们有八个基本染色体组。”“甘蔗有八个染色体组，而且比其野生株更大。”Moose和他的同事们惊讶地发现，芒草和高粱基因组高度相似。“可以说，对于90%的芒草遗传标记而言，它们的染色体顺序与已知的高粱染色体是相对应的”，他称。

这个新发现以及芒草基因组的最终发表都将有助于科学家们了解草类进化和赋予它们优良性状的遗传机制，Moose称。

BMC Genomics团队还包括来自加州大学伯克利分校、波兰科学院、伊利诺州大学植物生物学系、能源部联合基因组研究所、韩国园艺和中草药科学研究所的研究人员。Moose是伊利诺州基因组生物学研究所的附属人员。

该项研究得到能源生物科学研究所的支持。