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太古食物藜麦的基因组测试胜利
沙特迷信家们操纵前进前辈的手艺对庞杂的藜麦基因组停止了测序。这是迷信家们对环球食粮宁静相干的首要作物停止基因测序打算中的一步。
2006 年,鉴于手艺的不时前进,研讨职员估量 14 年内将完成 200 种作物的测序。这些年来,基因组学的成长速率已大大超越了人们那时的展望。明天,已被测序的作物种类远不止 200 种。现实上,大大都首要作物、野生动物和形式生物都已被测序。可是,良多对本地住民糊口、甚至环球食粮宁静都有首要意思的超等作物却仍未被测序。此中一种典范的、被轻忽的超等作物便是安第斯藜麦(Chenopodium quinoa)。克日,Jarvis 等人在《天然》(Nature)中宣布了藜麦的高品质基因组序列。
考古证据标明,7000 年前,藜麦在安第斯山脉喀喀湖四周的高原地域被驯化,它是印加文化之前的安第文雅化的首要食粮作物。藜麦因其养分代价和对各类卑劣情况的顺应性而广受接待。它成长在特别的海拔高度(从海立体到海拔 4 千米),成长温度规模大(从 - 8°C 到 38°C),对湿度和泥土前提请求也不高。到二十世纪中叶,藜麦垂垂被忘却,只要安第斯高原上与世断绝的小村子才持续莳植它。直到 20 世纪 70 年月,人们才注重到藜麦的养分代价和贸易潜力。但若是要阐扬藜麦的全数潜力,就须要先增添对藜麦育种打算的迷信投入。
     为完成这一方针,Jarvis 等人测序了约 1.5 G 的藜麦基因组数据。藜麦和很多动物一样,是多倍体——它由两种二倍体作物(没关系称之为 A 和 B)杂交育种而成,每套染色体有九条,每条染色体有四个拷贝。它的祖作物 A 和 B 各进献 2 套染色体,最初获得四倍体儿女。Jarvis 等人操纵单份子及时测序与一系列庞杂的定位手艺连系,将相互环绕纠缠的 DNA 序列分手开来逐一测序。
操纵测序手艺和定位手艺的连系,Jarvis 等人发明了 439 个序列地域,这约莫是藜麦基因组的 90%。他们把这些基因分红 18 个组,对应到 18 条根本染色体上(从 A、B 处各获得 18 条染色体)。Jarvis 等人指出,藜麦基因组的 64% 由反复 DNA 构成,是以寻觅自力的基因地域实非易事。而 Jarvis 团队胜利绘制藜麦基因组图谱的 90%,这一功效确切使人惊奇。
Jarvis 等人将转录物阐发和肇端展望(在基因组中搜刮基因的特点性序列)连系操纵,发明藜麦基因组含有 44,776 个基因。现稀有据库中已知的藜麦基因共 956 个,Jarvis 等人找到了此中的 97.3%。这标明 Jarvis 等人的基因数据几近涵盖了全部藜麦基因组。
接上去,Jarvis 等报酬藜麦属的别的成员做了简略测序:15 种遗传差别的藜麦种类;5 个 C. Berlandieri 种类的多倍体亲缘种类;2 个 C. Hircinum 的多倍体亲缘种类;和两个疑似藜麦的 A 和 B 祖作物的二倍体作物 C.pallidicaule 和 C.suecicum。这些数据供给了藜麦驯化汗青和莳植汗青的信息。
比拟两个疑似藜麦组作物的基因组,迷信家发明,藜麦的 9 条染色体(一套拷贝)近似于来自于新大陆的 C. Pallidicaule(祖作物 A)。 别的 9 条染色体近似于 C. Suecicum(来自欧亚地域的祖作物 B)。这些数据为现有实际供给了进一步撑持——330 万到 630 万年前,作物 B 在还没有杂交获得藜麦前,在全部大洋规模都被普遍莳植。
限定藜麦成为普遍的首要作物的一约莫束是藜麦种子外表笼盖的皂甙(saponins)。皂甙味苦,固然能禁止益虫,可是会粉碎红细胞。是以食用前必须断根皂甙——断根进程操纵大批的水,并很耗人力。某些 “甜” 藜麦的皂甙程度很是低,更合适食用。可是,甜藜麦在安第斯山中还没有普遍种植,局部缘由是皂甙程度低,不能抵抗鸟类和别的益虫的捕食,致使产量下降。
研讨的最初,Jarvis 等人判定了与皂甙分解相干的 DNA 序列。候选序列是一小段编码到场皂甙生物分解的两种转录因子的基因片断。此中一个转录因子编码片断 AUR62017204 在种子中抒发,甜藜麦品系中 AUR62017204 的抒发会发生一种能够削减皂甙分解的卵白。
Jarvis 等人的基因组测序任务降服了研讨和操纵藜麦的关头妨碍,但对于藜麦基因组仍存在诸多题目。比方,若是要证实 AUR62017204 渐变会致使藜麦变 “甜”,那末迷信家们须要将该渐变引入到野生型藜麦中,以察看该渐变是不是会下降皂苷的分解。但这类渐变的引入须要基因工程革新藜麦(这一手艺还没有完成)或经由过程操纵基因组编辑间接点窜 AUR62017204 基因(这是能够完成的,但须要投入时候和款项)。
若是想操纵基因组信息来进步藜麦产量,动物学家们须要停止大批的杂交培养任务。一样地,藜麦和别的苋科动物对卑劣情况的耐受才能也须要更多的根本研讨。把藜麦的一些优异特质转移到别的作物上也有首要意思。
虽然如斯,从生物学和退化学角度领会特定作物对农业的成长意思不凡。比方,若是迷信家能够操纵基因编辑加快甜藜麦的杂交,或找到藜麦特定外形的 DNA 标记,那末就能够进步作物在卑劣情况的产量,鞭策本地经济成长。同时,对别的被轻忽的食粮作物停止基因组测序另有助于处理环球食粮危急。

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