佐治亚大学科学家对谷子（柳枝稷近亲）基因组进行绘图和测序

生物燃料,2012年06月11日

来自八个机构的34名科学家在佐治亚大学弗兰克林艺术和科学学院遗传学系的佐治亚研究联盟杰出学者 Jeffrey Bennetzen的带领下对谷类（柳枝稷的近亲、亚洲重要的粮食作物）的遗传序列和图谱进行研究，研究结果在线发表在《科学生物技术》杂志上。该序列和图谱将使科学家们能够系统地寻找影响谷类抗病、耐旱、生长速率和细胞壁组分等性状的基因。一旦确定这些基因，育种学家就能够开发出需水或农药量少的作物，或者开发出易于被转化成生物燃料的作物。

该团队还对谷子的近亲狗尾草（Setaria viridis）进行了测序。

Bennetzen称，这种矮小的植物具有很多特点，使其成为研究柳枝稷以及主要粮食作物小麦、玉米和大米的理想模型。狗尾草是一种在全世界都常见的杂草，仅需6周就能繁殖一代，易于在温室种植，能够自交产生遗传相似的植株，而且每条染色体有两个拷贝（柳枝稷有四个）。

“除了作为柳枝稷的模型，Setaria还可以作为草类时期的最佳模型”，Bennetzen称。

“全球粮食超过一半都来自草类，而这可能是作为它们模型的合适物种。”

Bennetzen指出，自从他们团队在2010年发表了最初序列数据以后，几十个实验室开始采用Setaria作为遗传研究的模式株，就像研究人类疾病的科学家们利用小鼠作为模型一样。

随着详细基因组和遗传图谱的发表，他希望在未来几年内该数量达不到几百，也会有所增加。

为了破解基因序列，研究人员采用了所谓的“鸟枪测序法”，把植物的DNA切成大量的片段，然后利用超级计算机来找出DNA碱基配对重叠的区域，一个类似于“从句子重构小说”的过程。重复DNA序列很难被放置到一个给定的片段中，这增加了该过程的复杂性，但是通过科学家们的努力，最终揭示了包含大约4亿个DNA碱基对的基因组。

科学家们还构建了遗传图谱，该图谱标明了染色体上基因的位置，并且为与其他植物物种的比较研究提供了重要信息。

“对于生物能源生产来说，能够找到提高生物质产量和质量的基因”，富兰克林学院植物生物学教授以及农业和环境科学学院作物和土壤科学教授、资深作者Katrien Devos称。

“一旦我们了解了柳枝稷基因组和Setaria基因组之间的关系，我们就能对Setaria进行大量分析。”

该项目是美国能源部资助的生物能源科学中心的一部分，该中心的合作关系始于2007年，并且包括了几个主要大学如佐治亚大学、国家研究实验室和业界同行。生物燃料如乙醇目前是由易于分解的淀粉生产的，但是生物能源科学中心的主要目标是能够更有效地分解植物细胞壁组分，如使植物坚硬的木质素。

如此一来，将显著增加植物产品的量，用于生产生物燃料，并且使多年生牧草成为生物燃料的经济合算的来源，如柳枝稷，其能够在佐治亚和温带其他州的边际土壤上良好地生长。

“如果我们能够发现影响Setaria木质素合成的基因，那么在柳枝稷中也可能如此，因为它们是近亲”，Bennetzen称。

该研究主要是由美国能源部和国家粮食农业研究所资助的，同时还获得了俄克拉荷马州科学技术中心、密苏里大学研究委员会和佐治亚研究联盟的支持。