中科院Nature发布小麦基因组A草图

　　

生物通报道  来自中科院遗传与发育生物学研究所、深圳华大基因研究院和香港中文大学等处的研究人员成功绘制出了小麦A基因组祖先乌拉尔图小麦（Triticum urartu）的基因组序列草图，从而为研究和改良小麦提供了一个宝贵的资源。相关成果发表在3月24日的《自然》（Nature）杂志上。

中科院遗传与发育生物学研究所的凌宏清（Hong-Qing Ling）研究员、李振声(Zhensheng Li)研究员、张爱民(Aimin Zhang)研究员和深圳华大基因研究院的王俊（Wang Jun）博士共同领导了这一研究。

小麦是全球最重要的粮食作物之一，提供了20%人类所需的热量。目前广泛种植的小麦，含有A、B和D三个基因组。A基因组是面包小麦和圆锥小麦(T.turgidum，含有AABB基因组)、提莫菲维小麦（含有AAGG基因组）和茹可夫斯基小麦(T.zhukovskyi，含有AAGGAmAm)等其他多倍体小麦的基础性基因组，对于小麦进化、驯化和遗传改良均至关重要。小麦A基因组的祖先物种是二倍体野生单粒小麦——乌拉尔图小麦，相比于B基因组祖先Aegilops speltoides以及D基因组供体Ae. Tauschii，乌拉尔图小麦种植更为广泛。

为了加快小麦改良，近年来针对小麦基因组开展了大量的研究。国际小麦基因组测序联盟的目标是对小麦的每条染色体进行分类和测序，并已在3B和4A等几条染色体研究中取得了重要进展。最近，针对面包小麦和它的二倍体近亲开展的一次全基因组鸟枪法序列分析，将超过60%的基因定位到A、B、D基因组，可靠性＞70%。测序二倍体祖先基因组将使得研究人员更全面和清晰地解析它们的同源关系。

在这篇文章中，研究人员采用Illumina HiSequation平台，利用全基因组鸟枪法对乌拉尔图小麦G1812 (PI428198)系进行了测序，并利用利用SOAPdenovo软件将448.49 Gb经过过滤的高质量序列数据组装成基因组。研究人员估计出乌拉尔图小麦基因组大小约为4.94 Gb，这与从前研究报道的4.8–5.7 Gb相一致。基因组序列注释结果表明，66.88%的基因组为重复元件，其中包括长末端重复反转录转座子（占49.07%）、DNA转座子（占9.77%），以及未分类元件（占8.04%）。

为了加速基因预测，研究人员利用HiSequation平台针对来自8个不同组织和处理的67.14 Gb的RNA测序数据，生成了116.65Mb的乌拉尔图小麦转录组。并用Roche 454测序平台生成了来自6个组织的49,935个装配转录物。利用这些数据，与来自六倍体小麦的ESTs，以及来自测序禾本科植物基因组同系物公共数据，研究人员预测出34,879个蛋白质编码基因。

研究人员还获得了14,222,170个小RNA (sRNA)读段（read），描绘了4,369,970独特的sRNA标签。总共鉴别出分属116个家族的412个保守的以及24个新的microRNAs (miRNAs)。将之与5种单子叶植物和5种双子叶植物的miRNAs进行比较，证实73个miRNA家族是单子叶植物特异性的，23个独特地存在于乌拉尔图小麦中。研究人员预测出了244个这些miRNAs的靶基因，并发现miRNA MIR5050的靶基因对于冷处理有反应，从而为研究miRNA对于冷适应的调控提供了一个新的资源。

将乌拉尔图小麦的基因家族与水稻、玉米、高粱、二穗短柄草等的基因家族进行比较。研究人员鉴别出了五种禾本科植物共有的9,836家族，包含68,464基因。另外确定了乌拉尔图小麦独有的1,103家族和3,425基因。进一步分析乌拉尔图小麦独有的家族，揭示出了556、230和841个分别与生物过程、细胞化合物和分子功能相关的基因。并揭示出了大量在乌拉尔图小麦显著增多和减少的结构域。

在这项新研究中，研究人员鉴别了蛋白编码基因模型，进行了基因组结构分析，揭示出了一些重要农艺性状基因和分子标记。新装配的乌拉尔图小麦基因为分析多倍体小麦基因提供了一个二倍体参考序列，并为小麦遗传改良提供了一个有价值的资源。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Draft genome of the wheat A-genome progenitor Triticum urartu

Bread wheat (Triticum aestivum, AABBDD) is one of the most widely cultivated and consumed food crops in the world. However, the complex polyploid nature of its genome makes genetic and functional analyses extremely challenging. The A genome, as a basic genome of bread wheat and other polyploid wheats, for example, T. turgidum (AABB), T. timopheevii (AAGG) and T. zhukovskyi (AAGGAmAm), is central to wheat evolution, domestication and genetic improvement……