几近完成的普通小麦的基因组

麦田（INRA/Gérard Paillard）

（神秘的地球报道）据EurekAlert!：研究人员已经展示了普通小麦基因组的序列草图，从而在通往创制世界上种植最广泛谷物作物之一的完整参考序列的道路上到达了一个主要的里程碑。他们的工作给了科学家们一个可在小麦个体染色体上快速定位特定基因的工具，这一资源可帮助他们改良小麦育种以满足从未有过的对食物的更高需求，加快小麦新品种的开发并增加小麦对环境压力的抵抗性。3则相关的《科学》报道利用了这一几近完成的序列。

对小麦的需求持续地在上升。正如由稻子和其它作物所证明的，普通小麦的一个完整的基因组序列会给有兴趣提高作物性能的小麦培育者提供一个重要的资源。然而，普通小麦基因组的大量、重复的特性使得制作这样一种序列变得困难。如今，在4则报告的第一则中，来自国际小麦基因组测序联盟（IWGSC）的Klaus Mayer等人展示了普通小麦的基因序列草图，这是对所有21条染色体的基因含量及组成所做的一个调查。为了实现这一壮举，他们制定了一个实体绘制策略--对一个叫做Chinese Spring的培育的小麦品种的每个染色体臂进行了分离，测序及组装。沿着这些染色体臂，研究人员能够精确定位超过12万个基因，它们中有许多与在农业上重要的像谷物品质、对病虫害的抵抗性或非生物胁迫耐受性等特性有关。

在第二则相关的报告中，Frédéric Choulet及其在IWGSC的同事给出了一个更完整的被称作参考序列的序列，该序列是该植物21条染色体中最大的序列：染色体3B。应用一种叫做BAC-to-BAC的测序策略，研究人员确认了数千个沿着3B的重要基因标记；他们的测序工作——利用了由IWGSC研发的策略——将会加快对来自这一染色体的重要基因的确认。由于小麦基因组是高度重复的，并有非常频繁的插入，因此即使是组装一个染色体也是困难的。由Choulet等人所做的工作对IWGSC的测序策略给予了支持，从而为测序所剩下的20条染色体建立了一个模板。应用这一相同的策略，明年可能会完成另外几条普通小麦染色体的测序。

正如在另外2篇发表的文章中所揭示的，IWGSC的测序草图已经为科学家们就小麦基因组的演化及与谷物发育有关的基因提供了新的了解。Thomas Marcussen等人利用该序列草图来更好地了解现代普通小麦——它起源于3个不同品种间的杂交——的系统发育历史。他们的发现意味着当今的普通小麦基因组是多轮杂交事件的一个产物，并显示了对全基因组数据集的分析如何能协助厘清基因演化的复杂模式。Matthias Pfeifer等人对来自发育中的普通小麦谷物组织的RNA产物进行了编目以了解该3种亚基因组是如何促成现代普通小麦基因组对其基因表达的影响的。总之，这些研究为朝着成就一个支持小麦研究与培育的完整的参考序列铺平了道路。

相关报道：揭开面包小麦基因组的遗传蓝图

国际小麦基因组测序协作组织今日在国际知名杂志《科学》上公布了普通小麦的基因组草图。作为世界上种植最广泛的谷物作物，这份基于单条染色体而绘制的基因组草图为揭示其复杂而庞大的基因组之结构、组织及进化特征提供了新的视角。 对于植物科学研究者和育种家来说，这份基因组蓝图是不可估量的珍贵资源。他们第一次有了一组工具，可以方便快速地将一个特定的基因定位在小麦基因组中一条染色体上。美国加州大学戴维斯分校的Jorge Dubcovsky教授说：“这些结果对我们实验室来说是极为有益的资源。基因组特定引物的开发原来需要连续几周的工作，现在几个小时就可以完成了。将序列定位到特定染色体臂可以在电脑上操作，并且只需几分钟。这些资源不但能加速小麦日常遗传研究的进度，还可以使许多以前不能实现的基因组水平的分析和探索成为可能。

国际小麦基因组测序协作组织的最终目标是获得六倍体面包小麦的全基因组序列，这个基因组草图的绘制是通向这个目标的一个里程碑。在同一期的《科学》杂志中，另一篇文章报道了小麦最大的染色体3B的基因组参考序列，为其余染色体的测序建立了概念的验证和模板。目前，协作组织的科学家们估计全基因组序列信息在三年内会逐步完成。

“小麦各染色体的基因组序列草图和3B染色体参考基因组的公布，是我们战略计划中的伟大里程碑。”协作组织联合主席Catherine Feuillet说，“我们已经完全了解了获得其余20条染色体基因组参考序列的途径，而且我们希望能找到足够的资源，在未来三年内实现这个目标。

掌握了基于单条染色体的全基因组序列资源，植物育种家便有了新的高质量工具，可以用来加速育种计划、鉴定控制复杂性状的基因，如产量、谷物质量、病害、抗虫、以及非生物逆境胁迫等。他们从而能培育出新一代更加高产和更有持续性的小麦品种，在不断变化的环境中满足人口增长的需求。

草图序列在小麦基因组的历史与进化方面以及籽粒发育相关基因的研究中，已经提供了新的视角，同期《科学》的另外两篇文章做出了范例。 世界上许多人群的主要食物构成是小麦。小麦种植面积超过21,500万公顷，超过世界上任何其它作物。小麦年产量约70，000万吨，是世界上排在玉米和水稻之后产量第三的谷物。小麦蛋白质含量高于玉米和水稻，是人体植物蛋白的主要来源，小麦植株具有高度的适应能力以至小麦可以在各种不同环境范围中生长，它的植株因而多样性很高。小麦的籽粒容易储存，也容易易成粉，能被做成多种多样的高质量食物。