活化石基因組揭開序幕

今天在開放獲取期刊GigaScience上發(fā)表的文章介紹了銀杏的基因組序列，現(xiàn)存最古老的樹種。這項(xiàng)研究由位于浙江大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院的BGI科學(xué)家團(tuán)隊(duì)進(jìn)行，他們處理并分析了一個(gè)特別龐大的基因組，總共有超過100億個(gè)DNA“字母”。銀杏被認(rèn)為是一種“活化石”，意味著它的形態(tài)和結(jié)構(gòu)在其最初形成后的2.7億年中幾乎沒有變化。鑒于其作為一個(gè)物種的長(zhǎng)壽和生命進(jìn)化樹中的獨(dú)特地位，銀杏基因組將為植物防御昆蟲和病原體的研究提供廣泛的資源，并研究樹木進(jìn)化和整體進(jìn)化的早期事件。

為了研究銀杏在遺傳和分子水平上的非凡生物學(xué)，對(duì)其基因組進(jìn)行測(cè)序是植物生物學(xué)家的愿望清單。然而，由于其大小以及大量重復(fù)序列的存在，組裝整個(gè)基因組序列將是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。銀杏基因組的延伸超過10 Gb，比“模式植物” 擬南芥基因組大80倍。樹的基因組也比其他植物物種更大，這些物種以極大的基因組而聞名，例如玉米或蘭花。然而，對(duì)銀杏的歷史和生物學(xué)的濃厚興趣使得基因組的測(cè)序和組裝工作成為中國(guó)研究人員認(rèn)為值得采取的挑戰(zhàn)，并且他們成功地完成了這項(xiàng)工作。

BGI的Wenbin Chen解釋了他們必須克服的一些困難：“產(chǎn)生了大量原始數(shù)據(jù)(~2 TB)，基因組裝配的計(jì)算能力受到巨大數(shù)據(jù)和極高比例的挑戰(zhàn)。重復(fù)的序列。因此需要大量的內(nèi)存。“ 他接著強(qiáng)調(diào)了幾個(gè)基因組特征：“銀杏的大基因組可能是由于全基因組重復(fù)和插入非常高比例的重復(fù)序列，至少76.58%，以及由于插入而導(dǎo)致的所有測(cè)序物種中最長(zhǎng)的內(nèi)含子。轉(zhuǎn)座因子。“

由于各種原因，滿足測(cè)序挑戰(zhàn)是值得的。其中一個(gè)肯定與其作為“活化石”的地位有關(guān)，其中很少有其他物種，包括馬蹄蟹和鸚鵡螺。作為至少2.7億年前出現(xiàn)的非常不尋常的非開花植物群的唯一幸存代表，銀杏保留了數(shù)百萬(wàn)年的特征，例如象征性的扇形葉子，這是其他任何一種都看不到的。幸存的植物物種幸存下來(lái)。它進(jìn)一步在植物進(jìn)化樹中占有非常獨(dú)特的位置。

來(lái)自浙江大學(xué)的作者之一趙云鵬教授解釋了這種進(jìn)化的位置對(duì)研究人員非常感興趣：“銀杏代表種子植物的五個(gè)活組之一，沒有活著的親戚。這樣的基因組填充了一個(gè)主要的系統(tǒng)發(fā)育陸地植物的差距，并提供關(guān)鍵的遺傳資源，以解決進(jìn)化問題，如裸子植物譜系的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，陸地植物基因組和基因的進(jìn)化，發(fā)育特征的創(chuàng)新，性別的演變以及人口和分布的歷史，抗性和保護(hù)銀杏。“

研究人員也對(duì)銀杏在不利條件下的適應(yīng)能力著迷 - 值得注意的是，銀杏樹是廣島原子彈爆炸爆炸中生存的為數(shù)不多的生物之一。據(jù)報(bào)道，這種堅(jiān)韌可能有助于銀杏在中國(guó)生存下來(lái)，使許多其他物種死亡，也可能促進(jìn)個(gè)別樹木的壽命，有些樹木長(zhǎng)達(dá)數(shù)千年。銀杏還能夠抵御各種各樣的攻擊者，使用化學(xué)武器對(duì)抗昆蟲，細(xì)菌和真菌。

為了更好地理解銀杏的防御系統(tǒng)，作者分析了基因組中存在的基因庫(kù)眾所周知，它可以起到抵御攻擊者的作用。對(duì)該樹超過40,000個(gè)預(yù)測(cè)基因的初步分析顯示，基因家族的廣泛擴(kuò)展提供了多種防御機(jī)制。能夠抵抗病原體的基因通常是重復(fù)的。此外，銀杏通過合成直接對(duì)抗昆蟲的化學(xué)物質(zhì)并釋放特別吸引食蟲昆蟲的敵人的揮發(fā)性有機(jī)化合物，在對(duì)抗昆蟲方面具有雙重打擊力。這些研究結(jié)果表明，具有多種機(jī)制 - 基因家族的擴(kuò)展，更高劑量的特定基因以及其防御基因的多功能性 - 可能與銀杏的非凡彈性有關(guān)。

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