科学家对鳄梨基因组进行测序为农业改良铺平道路

科学家称,牛油果基因组已被测序,为未来的农业改进奠定了基础。

该研究首次揭示,广受欢迎的哈斯鳄梨61%的DNA来自墨西哥品种,约39%来自危地马拉品种。

该研究还为了解单个鳄梨基因的功能,以及利用基因工程提高鳄梨树的生产力、提高抗病性和创造具有新口味和质地的水果提供了重要的参考资料。

科学家们不仅对哈斯牛油果进行了测序,还对来自墨西哥、危地马拉和西印度群岛的牛油果进行了测序,这些牛油果都是基因不同的本地水果品种的家园。

该项目由墨西哥生物多样性基因组学国家实验室(LANGEBIO)、德克萨斯理工大学和布法罗大学领导。该研究发表于8月。美国国家科学院院刊第6名。

德克萨斯理工大学植物基因组学教授LuisHerrera-Estrella说:“我们需要对鳄梨基因组进行测序,以使该物种能够用于现代基因组辅助育种工作”,他是该研究的构思者并完成了LANGEBIO的大部分工作。

UB文理学院生物科学帝国创新教授、新加坡南洋理工大学(NTU秒ingapore)客座教授VictorAlbert补充道:“我们的研究为了解所有鳄梨的抗病性奠定了基础。

“如果你有一棵有趣的树,看起来它很擅长抗真菌,你可以进去寻找在这个鳄梨中特别活跃的基因。

“如果你能识别出控制抗性的基因,如果你知道它们在基因组中的位置,你就可以尝试改变它们的调节。人们对开发嫁接优良品种的抗病砧木很感兴趣”。

现代最爱的历史

虽然鳄梨仅在20世纪才在国际上广受欢迎,但它作为中美洲和南美洲的食物来源有着悠久的历史,长期以来一直是当地美食的特色。

例如,数百年前,阿兹特克人将鳄梨捣碎制成一种名为āhuacamolli的酱汁。

在此之前,在史前时代,鳄梨及其巨核可能像巨型树懒一样被巨型动物吃掉。(据认为,这些动物可能通过将鳄梨种子排到遥远的地方来帮助传播鳄梨,阿尔伯特说。)

新的研究同行甚至可以追溯到更远的时间。它使用基因组学来调查鳄梨的家族史,科学家们称之为Perseaamericana。

“我们研究鳄梨的基因组历史,为墨西哥设计这种战略作物的未来”,Herrera-Estrella说。

“鳄梨的长生命周期使育种计划变得困难,因此基因组工具将使创建更快、更有效的育种计划成为可能,以改善这种日益流行的水果”。

鳄梨属于一个相对较小的称为木兰科的植物群,大约在1.5亿年前从其他开花植物物种中分化出来。

新的研究支持——但没有证明——假设木兰作为一个群体,早于今天活着的开花植物的两个主要谱系,双子叶植物和单子叶植物。

如果这是正确的,这并不意味着鳄梨本身比双子叶植物和单子叶植物更古老,而是鳄梨属于一个遗传系,在双子叶植物和单子叶植物之前从其他开花植物中分离出来。

“我们在论文中所做的一件事是试图解决鳄梨与其他主要开花植物的关系问题。?结果证明这是一个棘手的问题”,阿尔伯特说。

“因为木兰从其他主要开花植物群分化得这么快这么早,在其他主要植物群也在分化的时候,整个事情就完全他妈的神秘了。

“我们通过将鳄梨基因组与其他植物物种的基因组进行比较,为寻找答案做出了贡献,但我们没有得出确切的结论”。

2016年的一篇研究论文估计木兰科植物包括地球上大约11,000种已知的生物,包括鳄梨、木兰和肉桂。相比之下,大约有285,000种已知物种被算作双子叶植物和单子叶植物。

混合哈斯的遗产

科学家不知道牛油果有多老,新研究也没有解决这个问题。但这项研究确实探索了鳄梨是如何从基因上发生变化的,因为它成为了自己的物种,从其他木兰科植物中分出。

这篇发表在《美国国家科学院院刊》上的论文表明,鳄梨经历了两次古老的“多倍体”事件,其中生物体的整个基因组被复制。许多重复的基因最终被删除。

但是有些人继续开发出新的有用的功能,这些基因今天仍然在鳄梨中发现。其中,参与调节DNA转录的基因(一个对调节其他基因至关重要的过程)所占比例过高。

该研究还发现,鳄梨利用了第二类复制基因——串联重复——可能包括制造化学品来抵御真菌侵袭。(串联重复是孤立事件的产物,其中单个基因在繁殖过程中被错误复制。)

“在鳄梨中,我们看到了一个共同的故事:两种基因复制方法在很长一段时间内导致非常不同的功能结果”,阿尔伯特说。

“在植物中,从多倍体事件中保留的基因通常与大的调控有关。避免更有限的一次性复制事件的基因通常与制造这些化学物质的生物合成途径有关——味道、吸引昆虫的化学物质、对抗真菌的化学物质。植物是优秀的化学家”,Herrera-Estrella说。

在解决了鳄梨的一些古老奥秘之后,这项新研究还及时推进,以探索这种受人喜爱的水果故事中的现代篇章:人类如何改变了该物种的DNA。

由于商业种植者通常通过将现有树木的树枝嫁接到新砧木上来种植鳄梨,因此今天的哈斯鳄梨在基因上与1920年代种植的第一个哈斯鳄梨相同。这些现代哈斯鳄梨生长在哈斯树枝上,嫁接在适合特定地理区域的各种砧木上。

虽然长期以来人们认为哈斯鳄梨是一种杂交鳄梨,但其原产地的详细信息——61%的墨西哥人,39%的危地马拉人——此前并不为人所知。科学家们对哈斯鳄梨基因组的新图谱揭示了来自每个亲本类型的大量连续DNA,反映了该品种最近的起源。

“杂交后立即从亲本植物中获得这些巨大的DNA块”,Herrera-Estrella说。“随着更多的繁殖事件扰乱染色体,这些块会分解很多代。

“但我们在哈斯鳄梨中没有看到这种扰动。在4号染色体上,一整条手臂似乎是危地马拉人,而另一只手臂是墨西哥人。我们在哈斯鳄梨中看到了反映其传统的大块DNA”。

“我们希望墨西哥政府继续支持这些类型的雄心勃勃的项目,这些项目使用最先进的技术来深入了解墨西哥本土植物的遗传学和基因组学”,Herrera-Estrella说。

该研究由美国德克萨斯州州长大学研究计划SAGARPA/CONACYT资助。S。国家科学基金会,澳大利亚园艺创新有限公司。和澳大利亚农业和资源经济与科学局。

科学家对鳄梨基因组进行测序为农业改良铺平道路
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