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多國合作編纂“小麥字典”:六倍體小麥基因測序完成
來源:科學網   發布者:ailsa   日期:2018-08-21   今日/總瀏覽:22/9207

一本小麥基因組學“字典”就此誕生了。

8月17日,《科學》在線發布了一項歷時13年的研究:完整版六倍體小麥“中國春”的基因組圖譜。這一成果由國際小麥基因組測序聯盟(IWGSC)牽頭,署名作者來自20余個國家的70多家機構。

這本“字典”能干嗎?小麥倒不倒伏、耐不耐旱、種子是大還是小、營養價值高不高,可都和它有關。

西北農林科技大學旱區作物逆境生物學國家重點實驗室教授、2005年加入此項研究的宋衛寧告訴《中國科學報》記者,“就像破解人類基因密碼一樣,有了小麥的基因組圖譜,小麥的育種、遺傳研究就能向前推進一大步。”

不過,在眾多主要農作物里,小麥的完整基因圖譜,可謂“千呼萬喚始出來”。作為典型的異源多倍體,小麥基因組由3套不同的基因組構成,其體量是人類基因組的5倍、水稻的40倍,破譯難度巨大。

同時,小麥基因組內的重復序列含量特高,有媒體戲稱相關研究面臨的是“噩夢般的挑戰”。

IWGSC主席、澳大利亞墨爾本大學的研究者Rudi Appels曾公開表示,做小麥基因組測序,就如同“攀登珠穆朗瑪峰”。

但“珠峰”并非高不可攀。在此之前,已有不少國家的研究者在小麥基因上“做出文章”,筑起一個又一個里程碑。

2008年,來自法國農科院的研究團隊發布了小麥染色體中最大的一條——3B染色體的物理圖譜;2013 年,中科院遺傳發育所和中國農科院作物所分別完成小麥祖先A和D基因組草圖;2017年,IWGSC宣布小麥品系“中國春”染色體物理圖譜構建完成……

宋衛寧告訴記者,早期許多科學家認為,小麥基因組測序在技術層面難以實現。但不斷涌現的研究突破,讓更多科學家看到希望,小麥全基因組圖譜的前景也逐漸明朗起來。

不過,小麥基因組體量尤其大、重復序列含量高,必須采用“分而治之”的策略。“我們采取的技術路線是,分離染色體—建立BAC(細菌人工染色體)文庫—構建物理圖譜—測序。”宋衛寧說。

首先將所有染色體依照大小、長短統一進行分離。小麥的21條染色體共分為三組,名為A組、B組和D組,每組內含有7條染色體,依照數字編碼為1A、2A、3A等,每條染色體還可拆分為長臂和短臂。

染色體最初的分離與BAC文庫的構建,由捷克的研究團隊負責,之后由IWGSC協調委員會牽頭,各國成員依照自身條件“一段段認領”,分頭完成后續的物理圖譜構建和BAC測序。

宋衛寧實驗室負責的是小麥染色體7D中的長臂。目前能夠確定這條染色體的許多區間與小麥產量、種子大小、能否抵抗銹病等性狀有密切關聯。

“這是目前六倍體小麥最完整的基因組圖譜了。”9年間帶領團隊完成任務的宋衛寧語氣略帶激動,“有了這本‘參考書’,從前做不出來的實驗,現在就有可能做出來了,之前研究過的,還可以繼續做得更通透。未來我們還可以研究小麥的進化,探討基因序列與生存環境的關系,更有效率地加快小麥育種進程。”

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