Nature公布云杉超大基因组草图

　　

生物通报道：在超过两亿年的历史中，松柏类植物在森林中占据了统治地位，具有巨大的经济价值和生态重要性。日前，瑞典科学家完成了对挪威云杉（Picea abies）的基因组测序，并将测序结果发表在本期的Nature杂志上。

挪威云杉常被人们用来作为圣诞树，其基因组非常复杂，比人类基因组大七倍，是已测序的最大基因组。瑞典的UPSC（Umeå Plant Science Centre）和SciLifeLab（Science for Life Laboratory）领导研究团队完成了挪威云杉的基因组草图，这一成果不仅具有重要的科研价值，也能为许多国家的林业发展提供帮助。

“林木育种现在进入了新时代，而瑞典将有望走在发展的前沿，”UPSC的Ove Nilsson教授说。“瑞典每年要进行大量的树苗种植。现在我们可以在基因组序列的基础上，开发更有效的方法，确保树苗适应于不同区域的各种土壤条件。”

研究人员在挪威云杉的巨大基因组中鉴定了28,354个功能基因。令他们感到惊讶的是，挪威云杉的基因组比拟南芥大一百多倍，但二者的功能基因数量却相差不远。研究人员指出，这是因为在漫长的进化史中，挪威云杉的基因组逐渐累积了大量重复DNA序列，这些重复序列造成了基因组的膨胀。其他植物和动物具有去除这些重复DNA的机制，但显然这种机制在松柏类植物中并没有起到应有的作用。

这一项目的最大挑战是，要将约两百亿遗传密码以正确顺序组装起来。为此，研究人员开发了许多新软件，采用了最先进的测序技术。研究显示，挪威云杉的基因组中存在多种长末端重复的转座元件，由于缺乏有效的清除机制，这些元件缓慢而稳定的积累起来。研究人员对另外几种松柏类植物进行了比较测序，发现上述转座元件多样性是这类植物所共有的特性。研究人员还发现，参与转座元件沉默的一种小RNA（24个核苷酸），在这些植物中的表达具有组织特异性，而且表达量比其他植物低很多。

此外，加拿大的研究人员也在本期的Bioinformatics杂志上发布了白云杉（Picea glauca）的基因组测序。这两项研究得到的基因组序列，将帮助人们开发新工具来进行林木育种，改良松柏类植物的一些重要特性，例如抗虫能力、木材质量、生长速率和对气候变化的适应性等等。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

The Norway spruce genome sequence and conifer genome evolution

Conifers have dominated forests for more than 200 million years and are of huge ecological and economic importance. Here we present the draft assembly of the 20-gigabase genome of Norway spruce (Picea abies), the first available for any gymnosperm. The number of well-supported genes (28,354) is similar to the >100 times smaller genome of Arabidopsis thaliana, and there is no evidence of a recent whole-genome duplication in the gymnosperm lineage. Instead, the large genome size seems to result from the slow and steady accumulation of a diverse set of long-terminal repeat transposable elements, possibly owing to the lack of an efficient elimination mechanism. Comparative sequencing of Pinus sylvestris, Abies sibirica, Juniperus communis, Taxus baccata and Gnetum gnemon reveals that the transposable element diversity is shared among extant conifers. Expression of 24-nucleotide small RNAs, previously implicated in transposable element silencing, is tissue-specific and much lower than in other plants. We further identify numerous long (>10,000 base pairs) introns, gene-like fragments, uncharacterized long non-coding RNAs and short RNAs. This opens up new genomic avenues for conifer forestry and breeding.