三篇权威期刊论文提供番茄基因组新见解

植物生物学家Julin Maloof和Neelima Sinha两人合作产生的一系列研究成果最近陆续发表在《Nature Genetics》、《The Plant Cell》和《PLOS Genetics》杂志，提供了关于野生和栽培番茄基因组的前所未知的相关信息。

　　

生物通报道：当植物生物学家Julin Maloof遇到研究合作伙伴Neelima Sinha时，他正在加利福尼亚大学戴维斯分校开始其职业生涯。他们两个都对植物形态和自然变异很感兴趣，第一次合作是在6年多以前，目前他们正继续共同探讨植物如何在不同的环境中茁壮成长。

Sinha说：“我们想了解叶片的发育机制——它们如何形成、如何发育以及如何发挥正常的功能。我们也对‘植物如何为适应各种光线环境而改变’感兴趣。”

他们最近的研究结果，为改善番茄如何应对压力铺平了道路。他们还提供了关于野生和栽培番茄基因组的相关信息，这些信息对于其他生物学家来说，在以前是未知的。相关研究已经刊登在《Nature Genetics》和《The Plant Cell》杂志。Sinha的研究构建了杉叶蕨藻（Caulerpa taxifolia）的转录图谱，研究结果也发表在2015年1月份的《PLOS Genetics》杂志。

最初，Maloof研究拟南芥，Sinha研究玉米，后来他们把焦点都转向不同的番茄品种。番茄在品种、光反应和叶形存在差异，从而让研究人员有机会从一个更大的基因组角度来探讨叶片发育和荫蔽躲避反应。

Maloof说：“关于番茄的令人惊奇之处在于，它们已经适应于生长在不同的野生生境中。我们还可以对它们进行杂交，所以它们是进行遗传学研究的一个重要资源。”相关阅读：《自然通讯》：可提高番茄产量的光基因。

数据爆炸和RNA测序价格的明显下降，可让Maloof和Sinha扩大他们的研究范围。Sinha说：“突然地，我们有比原先计划有20倍还多的数据，这使得我们能够探索更多的物种。”

然而，这种数据爆发也需要计算能力。Maloof和Sinha求助于iPlant Collaborative，一种国际先进的计算资源，可使生命科学研究人员来管理他们的数据，并在协同环境中进行大数据集分析。Maloof说：“我们这里有一对Linux服务器，但是突然一切出乎能力之外。”

利用iPlant的Atmosphere——一种可让用户自己运行虚拟机的云服务，研究人员能够更好地组织和分析数据。该研究小组还利用iPlant的数据存储来管理他们的百万兆字节数据，并与其他研究人员进行共享。

iPlant工作人员还帮助Maloof和Sinha将他们的研究扩展到Extreme Science和Engineering Discovery Environment（XSEDE）——科学家用来共享计算资源、数据和专业知识的一种虚拟系统。通过XSEDE，他们可以在Lonestar上获得分配，Lonestar是奥斯汀德克萨斯先进计算中心的一台超级计算机。

Sinha说：“iPlant可让我们利用我们所获得的所有数据，并进一步开展我们的番茄基因组研究。有两个转录组装配完全是在Lonestar上完成的，这部分数据就是Caulerpa taxifolia的那篇论文。这些资源对于我们的研究来说是无价的。”

有了这些计算资源，研究人员解决了生物学的一大挑战，了解了番茄结构进化的遗传学基础。Maloof和Sinha对野生和栽培番茄品种进行了RNA测序，这让他们完成了两个转录本组装，从而提高了基因组注释。目前的研究还揭示了人工和自然选择对栽培和野生番茄转录组的影响，为其他植物生物学家改进了现有的遗传资源。

根据Maloof介绍，他们找到了叶片形状和果实含糖量之间的关联。Maloof说：“我们知道，叶片的大小会影响光合作用，但是我们发现光合作用受叶片形状的影响，独立于叶片大小。这是我们试图梳理的一个前所未有的关系。”

Maloof和Sinha的工作不仅推进了科学研究，而且他们两人也开始探索这些研究结果可能通过什么方式，对种植业产生积极的影响。

Sinha说：“我们最初的研究集中在，研究叶片和植物光反应之间的联系。现在，我们更多的研究植物如何应对压力，如果我们可以利用这些特点来培育更多的抗性作物。随着气候变化，培育能更好地经受住长时间高温或干旱的作物，是非常重要的。”

接下来，Maloof和Sinha建议检测植物如何应对这些极端栖息地，以及这方面的知识如何可以应用到生物技术和作物产业。

（生物通：王英）

生物通推荐原文：
Resolving Distinct Genetic Regulators of Tomato Leaf Shape within a Heteroblastic and Ontogenetic Context. Plant Cell, doi: http://dx.doi.org/10.1105/tpc.114.130112.

An Intracellular Transcriptomic Atlas of the Giant Coenocyte Caulerpa taxifolia. PLOS Genetics, January 8, 2015. DOI: 10.1371/journal.pgen.1004900.

The genome of the stress-tolerant wild tomato species Solanum pennellii. Nature Genetics,46,
1034–1038 (2014) DOI: doi:10.1038/ng.3046