氣候變化模型的一個(gè)方面是研究人員一直在研究植物范圍如何變化，以及溫度，水可用性和光照水平等因素如何發(fā)揮作用。森林逐漸向北蔓延并在北極融化中建立，這只是全球氣溫上升預(yù)測的影響之一。

最近的一項(xiàng)研究于2014年8月24日在線發(fā)表在Nature Genetics上提供了一種更加深入，基于人口的方法來識(shí)別這種適應(yīng)機(jī)制，并描述了一種可用于開發(fā)更準(zhǔn)確的預(yù)測氣候變化模型的方法。對(duì)于正在開發(fā)用于生物燃料生產(chǎn)的生物質(zhì)作物的美國能源部而言，這一知識(shí)可以確定生物量作物的哪些基因型 - 生物的遺傳組成 - 在某些環(huán)境中可能比其他基因型更好。由橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)的Gerald Tuskan，能源聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI) - 美國能源部科學(xué)辦公室用戶設(shè)施 - 和西弗吉尼亞大學(xué)的Stephen DiFazio領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)使用了全基因組的組合選擇掃描和分析，以了解塑造天然楊樹遺傳變異的過程(毛茛(Populus trichocarpa)種群。

作為這項(xiàng)長期研究的一部分，該團(tuán)隊(duì)從加利福尼亞州，俄勒岡州，華盛頓州和不列顛哥倫比亞省野生種群中生長的1,100棵楊樹中采集樣本。然后他們?cè)诩永Ｄ醽喼莺投砝諏莸娜齻€(gè)種植園中克隆繁殖(通過插條)這些樹木。對(duì)于他們的分析，他們將該組減少到544個(gè)不相關(guān)的個(gè)??體，其基因型可以準(zhǔn)確地確定，以便表征適應(yīng)變異的遺傳基礎(chǔ)。從專注于單一候選基因的方法轉(zhuǎn)變?yōu)榉治鏊羞@些基因的大規(guī)模計(jì)算方法，可以通過楊樹基因組的可用性實(shí)現(xiàn)，該基因組發(fā)表在“ 科學(xué) ”雜志上。2006年由DOE JGI提供。由于基因組是公開的，它已被用于了解木本多年生植物的發(fā)育，并作為森林樹木基因組水平見解的模型。該出版物本身在各種期刊中被引用了1000多次。

“這是深度基因組學(xué)資源首次應(yīng)用于生態(tài)問題，在這種情況下：'選擇在基因組水平上做了什么?'”圖斯坎說。“在過去，人們關(guān)注溫度和光照水平等因素的適應(yīng)性，他們檢查了這些基因的變異，因?yàn)樗鼈冸S著環(huán)境梯度的變化而變化。有一個(gè)先入為主的觀念，以及對(duì)導(dǎo)致回應(yīng)的原因的非常狹隘的看法。在這里，我們采取了五種主要方法，盲目地將它們應(yīng)用于整個(gè)基因組，讓分析向我們展示選擇的指紋在哪里以及哪些基因?qū)儆谶@些指紋。

研究的第一作者，西弗吉尼亞大學(xué)的盧克埃文斯說，從1000個(gè)基因型和45,000個(gè)基因“找出不僅具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義但具有生物學(xué)意義的東西”并不容易。“我們通過確定選擇目標(biāo)來做到這一點(diǎn) - 看起來他們可能在野生種群中進(jìn)行自然選擇，并研究了它們影響適應(yīng)性特征的生長和性能證據(jù)。如果這些目標(biāo)不僅顯示了選擇的計(jì)算證據(jù)，而且還影響了表型，那是一種相互支持的好的鳩尾貓。“

DiFazio強(qiáng)調(diào)了計(jì)算工作的重要性。“我們的方法特別強(qiáng)大，因?yàn)槲覀冋谕诰蛴捎跀?shù)萬年的進(jìn)化和選擇而產(chǎn)生的常見自然變異，因此我們發(fā)現(xiàn)的等位基因或基因變體有望為生物燃料原料提供強(qiáng)有力的長期改進(jìn)。 ”

埃文斯還指出，他們的研究在楊樹中產(chǎn)生了近1800萬個(gè)單堿基對(duì)DNA序列變體(稱為“SNP”)。這些數(shù)據(jù)可以在DOE JGI的植物比較基因組門戶(phytozome.jgi.doe.gov)Phytozome上獲得。“這是大量天然存在的變異體，很多細(xì)胞壁化學(xué)基因和其他已知的生產(chǎn)力基因。這為樹木育種計(jì)劃提供了直接的資源，“他說。

該小組確定了397個(gè)基因組區(qū)域，這些區(qū)域有助于野生楊樹種群的適應(yīng)性特征。例如，從三個(gè)種植園中生長的克隆復(fù)制的楊樹中收集的高度，春芽沖洗和落花芽的數(shù)據(jù)表明，在較溫暖的氣候條件下，具有較早芽沖洗和后期芽組的樹木受到青睞。

鑒于楊樹的重要性，不僅僅是因?yàn)樗鼈冊(cè)谏鷳B(tài)系統(tǒng)中的作用，例如捕獲碳，還因?yàn)樗鼈冊(cè)趶哪静牡缴锬茉吹阮I(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)重要性，埃文斯指出，通過營養(yǎng)繁殖可以種植楊樹。是一種重要的樹木育種工具，可以為任務(wù)選擇合適的種群。“如果您了解基因組中的每個(gè)堿基，您可以跳過整個(gè)世代，并使用基因組信息來預(yù)測個(gè)體的表現(xiàn)，”他說。“種植園作為初始測試，您可以從中獲取基因組信息并校準(zhǔn)這些預(yù)測。有了這些參考點(diǎn)，你可以擴(kuò)展一切。“

除埃文斯，圖斯坎和迪法齊奧外，該研究的其他作者還是英國阿伯里斯特威斯大學(xué)的Gancho Slavov; 西弗吉尼亞大學(xué)的Eli Rodgers-Melnick，DOE JGI的Joel Martin和Wendy Schackwitz; ORZL的Priya Ranjan，Wellington Muchero，Lee Gunter，Jin-Gui Chen; 和弗吉尼亞理工大學(xué)的Amy Brunner。杰里·

生物能源科學(xué)中心(BESC)的成員，美國能源部生物能源研究中心，由美國能源部科學(xué)辦公室的生物和環(huán)境研究辦公室支持，為已發(fā)表的工作做出了貢獻(xiàn)，特別是對(duì)公共工作的收集，傳播和維護(hù)?；▓@。