Genome Biology发布菜豆基因组测序结果

　　

生物通报道：菜豆（Phaseolus），是世界上最古老的作物之一。几千年前，它与玉米和木薯一起，在美国被驯养，成为世界性的主要主食。根据联合国粮食和农业组织（FAO）的研究显示，普通菜豆是最重要的粮食豆类，占世界食用豆类食品的50%，在超过5亿人的饮食中显得尤为重要。这种作物种植在拉丁美洲、非洲、中东、中国、欧洲、美国和加拿大。联合国已指定2016年为“国际豆类年”，旨在提高公众对于可持续粮食生产组成部分——豆类的营养价值的认识，以实现粮食安全和营养。国际豆类年将为加强整条粮食链上下的联系创造独一无二的机会，以促进更好地利用豆类蛋白，提高全球的豆类产量，更好地利用作物轮作，并应对豆类贸易所面临的挑战。

目前，一个伊比利亚美洲科学家团队，破解了中美洲普通菜豆（Phaseolus vulgaris）的基因组。这项研究结果发表在最新一期的《Genome Biology》杂志。这项研究是由墨西哥生物多样性基因组学国家实验室的Alfredo Herrera-Estrella、法普拉大学讲师和基因组调控中心项目协调员Roderic Guigó、西班牙基因组调控中心项目组负责人和ICREA教授Toni Gabaldón，共同带领完成的。

基因组中包含存着生物体细胞中的遗传信息，并决定着它们的生物学特性。对植物基因组的系统研究，将有助于提高农业的传统方法和生物技术方法。它也将有助于改善作物的关键性状，例如抗旱性或食用种子的营养品质，并扩大了“不仅使用作物作为粮食，而且用于工业上”的可能性。

PhasibeAm小组选择一个特定的MesoAmerican菜豆品系（BAT93），用于基因组测序，鉴于其用于产生目前商业品系的相关性。研究小组建立了一个强大的技术平台，通过测序最终获得了6亿个碱基对，这就相当于基因组的“字母”。研究人员在基因组中鉴定了30491个基因，也分析了它们的表达模式，这意味着他们研究了这些基因在“什么时候”和在“哪里”发挥功能。此外，他们还观察和确定了进化过程中、形成今天我们所知道的菜豆的关键事件。

西班牙基因组调控中心生物信息和基因组学项目协调员Roderic Guigó指出：“菜豆的基因组序列，不论是之前测序的Andean品种，还是Mesoamerican品种，最后都将有助于确定参与抗病抗旱、耐盐、固氮、生殖细胞形成和种子质量等性状的基因。在该项目的第二阶段，至少有其他十几个豆类品种和它们的一些近缘种的基因组将被测序。这将让科学家们能够确定与驯化相关的基因。墨西哥国家基因组实验室真菌发育和基因表达研究组负责人Alfredo Herrera-Estrella补充说：“这是‘生物信息学和基因组测序将如何有助于产生更高品质和更高效的作物品种——对于人类消费变得必不可少’的一个例子。”

PhasIbeAm项目，旨在对2009年Iberoamerican科技项目发起的普通MesoAmerican菜豆进行基因组测序，主要目的是促进物种的育种项目，以培育更高产的菜豆品种，并对这一物种的MesoAmerican基因库有一个更加合理的保护。该项目总预算为2482000美元，由阿根廷科学、技术和产品创新部、巴西国家科学技术发展委员会、西班牙经济和竞争力部、墨西哥国家科学和技术委员会和伊比利亚美洲计划的科学与技术发展项目资助支持。

最近，还有两项重要农作物的基因组测序研究。来自美国乔治亚大学、华大基因研究院的研究人员，与参与国际花生基因组计划（International Peanut Genome Initiative）的多个研究机构一起，证实了来自玻利维亚的一种野生植物是栽培花生品种史前起源的一个“活文物”。研究人员将他们的结果发布在2月23日的《自然遗传学》（Nature Genetics）杂志上（华大基因Nature Genetics发表基因组研究新成果）。去年12月份，浙江省农业科学院蔬菜研究所龚亚明研究员领衔的团队，对调控豌豆种子发育和营养累积的基因和基因网络进行了深入研究，相关成果发表在11月的Frontiers in Plant Science（浙江农科院：初探豌豆种子发育的调控网络）。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Genome and transcriptome analysis of the Mesoamerican common bean and the role of gene duplications in establishing tissue and temporal specialization of genes
Abstract
BACKGROUND:
Legumes are the third largest family of angiosperms and the second most important crop class. Legume genomes have been shaped by extensive large-scale gene duplications, including an approximately 58 million year old whole genome duplication shared by most crop legumes.
RESULTS:
We report the genome and the transcription atlas of coding and non-coding genes of a Mesoamerican genotype of common bean (Phaseolus vulgaris L., BAT93). Using a comprehensive phylogenomics analysis, we assessed the past and recent evolution of common bean, and traced the diversification of patterns of gene expression following duplication. We find that successive rounds of gene duplications in legumes have shaped tissue and developmental expression, leading to increased levels of specialization in larger gene families. We also find that many long non-coding RNAs are preferentially expressed in germ-line-related tissues (pods and seeds), suggesting that they play a significant role in fruit development. Our results also suggest that most bean-specific gene family expansions, including resistance gene clusters, predate the split of the Mesoamerican and Andean gene pools.
CONCLUSIONS:
The genome and transcriptome data herein generated for a Mesoamerican genotype represent a counterpart to the genomic resources already available for the Andean gene pool. Altogether, this information will allow the genetic dissection of the characters involved in the domestication and adaptation of the crop, and their further implementation in breeding strategies for this important crop.