中国科学家主导完成盐芥基因组研究

　　由中科院遗传与发育生物学研究所、深圳华大基因研究院等多家单位共同完成的盐芥(Thellungiella salsuginea)基因组研究成果在《美国国家科学院院刊》(PNAS)在线发表(http://www.pnas.org/content/early/2012/07/05/1209954109.abstract?sid=548ade97-58d5-4c0a-a1e4-e1a43a9c9c21)。本研究在基因组层面为解析盐芥极端环境耐受机制和探索适应性进化机制提供了非常有价值的线索。

　　盐芥是一种十字花科一年生草本盐生植物，与植物分子生物学研究中广泛使用的模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)具有很近的亲缘关系。拟南芥是甜土植物，对非生物胁迫的耐受性较低，而盐芥对高盐、干旱和低温等非生物胁迫具有极高的耐受能力，如果能将两者在基因组水平上进行比较分析，将会更加全面的揭示非生物胁迫耐受机制。此外盐芥还具有个体较小、生活周期短、基因组较小、自花授粉以及易于遗传转化等特点。这些特性使盐芥成为研究非生物胁迫耐受机理的理想模式植物。

　　盐芥基因组大小估计约为260Mb，研究人员用第二代测序技术测序并采用分层组装策略对全基因组进行了成功拼装，获得了约90% (约233.7Mb) 基因组序列，并将约80%(186Mb)组装序列定位到7条染色体上。进化分析结果显示，盐芥和拟南芥大约在700万年前到1,200万年前间分化。分化后的盐芥基因组获得了大量的转座子序列，重复序列约占盐芥基因组的52%，而在拟南芥中这一比例仅为13.2%，这很大程度上反映了盐芥基因组比拟南芥基因组大很多的原因所在。与大多数高等植物一样，盐芥基因组重复序列中绝大多数是以长末端重复序列(LTR)为代表的反转座子。

　　结合基因从头预测、同源预测以及转录组测序信息，研究人员预测出盐芥基因组存在的蛋白编码基因28,457 个，其中大部分基因与拟南芥具有很高的同源性。这些基因的外显子平均长度与拟南芥接近，但内含子比拟南芥长30%左右。通过进一步的功能分析发现，与拟南芥相比，盐芥存在更多的应激反应相关基因。这些基因通过大片段复制以及基因串联重复这两种模式让基因获得加倍。通过比较基因组学和定量表达分析，发现与叶面蜡质大量生成、更强的离子转运和快速的ABA(脱落酸)反应通路相关的基因表达受到了调控，从而使得盐芥具有更好的高盐耐受性。

　　华大基因该项目负责人王军一博士指出：“把盐芥作为遗传模式系统将为研究植物非生物胁迫耐受机理提供新的契机，其全基因组序列谱图的绘制完成将大大加快这一研究进程。在盐芥中对高盐、干旱、低温等胁迫耐受研究成果将为农作物的分子育种改良提供宝贵指导，提高植物的非生物胁迫耐受能力以更好的应对土壤盐渍化问题、沿海滩涂开发利用和粮食安全问题。”