在國際小麥基因組測序聯(lián)盟(IWGSC)本周公布的第一個(gè)完全注釋的參考基因組面包小麥(小麥)，是世界上最重要的作物之一。

小麥?zhǔn)堑厍蛏戏N植最廣泛的作物，占人類消耗的總卡路里的五分之一。

它還有一個(gè)龐大而復(fù)雜的基因組，有160億個(gè)堿基對(duì) - DNA的構(gòu)建模塊 - 比人類基因組大五倍多。

但是小麥很容易受到干旱和洪水的影響，每年都會(huì)受到小麥銹病等疾病的破壞。其基因組測序?yàn)楦焖偕a(chǎn)適應(yīng)氣候挑戰(zhàn)的小麥品種鋪平了道路，產(chǎn)量更高，營養(yǎng)質(zhì)量更高，可持續(xù)性更高。

對(duì)小麥基因組進(jìn)行測序一直是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。除了它的巨大之外，它還有三個(gè)亞基因組，其中很大一部分由重復(fù)元素組成。這意味著基因組的大部分區(qū)域彼此非常相似(如果不相同)。到目前為止，這使得難以區(qū)分每個(gè)亞基因組并將基因組組合成正確的順序。

一個(gè)新的論文發(fā)表在雜志科學(xué)提出了面包小麥品種中國春的完全注釋參考基因組。

它詳細(xì)介紹了21條染色體的序列，107,891個(gè)基因的精確位置和400多萬個(gè)分子標(biāo)記，以及含有影響基因表達(dá)的調(diào)控元件的基因之間的序列信息。

IWGSC執(zhí)行主任Kellye Eversole博士說：“小麥參考基因組的出版是許多人在IWGSC的旗幟下聚集在一起，做出被認(rèn)為不可能的工作的高潮。”

“產(chǎn)生參考序列的方法以及該聯(lián)盟的原則和政策為大型復(fù)雜植物基因組的測序提供了模型，并重申了國際合作對(duì)促進(jìn)糧食安全的重要性。”

“小麥基因組序列讓我們看看小麥引擎。我們所看到的是精美的組合，以便通過選擇來改變和適應(yīng)不同的環(huán)境，以及在各種氣候條件下維持生存基本結(jié)構(gòu)的足夠穩(wěn)定性，“墨爾本大學(xué)和默多克大學(xué)的Rudi Appels教授說。 。

預(yù)計(jì)高質(zhì)量參考基因組序列的可用性將在未來幾十年促進(jìn)小麥的改良，其益處類似于在其參考序列產(chǎn)生后用玉米和水稻觀察到的益處。

“您如何感謝堅(jiān)持并成功對(duì)小麥基因組進(jìn)行測序并永遠(yuǎn)改變小麥育種的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)?也許這不是一個(gè)科學(xué)家的話，而是帶著營養(yǎng)良好的孩子和他們的家庭的微笑，他們的生活變得更好，“內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的Stephen Baenziger教授說。

小麥參考序列的影響在科學(xué)界已經(jīng)具有重要意義，例如在同一天出版的另外六篇出版物描述和使用參考序列資源，一篇刊登于同一期“科學(xué)”雜志，一篇刊登于期刊“科學(xué)進(jìn)展”和“基因組生物學(xué)”期刊中的四篇。

在第二個(gè)科學(xué)論文提供了注釋和資源以支持研究和育種人員在了解小麥基因如何影響性狀。

它使用新的參考基因組對(duì)同源基因的表達(dá)進(jìn)行全基因組分析，或者基因拷貝相似但起源于不同的祖先基因組。

在面包小麥中精確定位這些將有助于科學(xué)家更好地了解多倍體小麥的基本生物學(xué)。

通過將基因表達(dá)數(shù)據(jù)集與小麥基因組序列相結(jié)合，John Innes Center科學(xué)家Ricardo Humberto Ramirez-Gonzalez及其合著者揭示了在各種組織，發(fā)育階段和小麥品種中同源基因表達(dá)的平衡。

他們在發(fā)育和暴露于壓力期間鑒定了基因表達(dá)和共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的組織特異性偏差。

他們說：“我們的工作提供了一個(gè)框架，可以鎖定支撐小麥有價(jià)值農(nóng)業(yè)特性的關(guān)鍵基因。”

最后，在利用新參考序列的科學(xué)進(jìn)展研究中，默多克大學(xué)的AngélaJuhász博士和匈牙利科學(xué)院農(nóng)業(yè)研究中心及其同事密切研究了導(dǎo)致各種小麥免疫疾病和過敏癥的蛋白質(zhì)，如乳糜瀉，面包師的哮喘和小麥依賴性運(yùn)動(dòng)引起的過敏反應(yīng)(WDEIA)。

“暴露于小麥中的特定蛋白質(zhì)會(huì)導(dǎo)致某些人出現(xiàn)嚴(yán)重的過敏反應(yīng)。例如，乳糜瀉 - 一種全球流行的慢性炎癥性疾病 - 由谷蛋白蛋白質(zhì)麥醇溶蛋白和谷蛋白引發(fā)，兩者都在小麥中常見，“他們說。

“此外，呼吸道或皮膚接觸其他類型的蛋白質(zhì)也與免疫反應(yīng)有關(guān)。然而，由于小麥基因組的復(fù)雜性以及該作物缺乏完整的基因組信息，對(duì)這些蛋白質(zhì)性質(zhì)的詳細(xì)了解仍然難以捉摸。“

研究人員利用小麥基因組搜索編碼已知過敏誘導(dǎo)小麥蛋白的基因，并在整個(gè)序列中進(jìn)行映射。

他們的分析發(fā)現(xiàn)了828種已知和以前未知的與免疫反應(yīng)蛋白有關(guān)的基因。

結(jié)果表明，與乳糜和WDEIA相關(guān)的基因在淀粉胚乳(烘焙面粉的來源)中表達(dá)，而各種脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白和α-淀粉酶胰蛋白酶抑制劑基因家族參與了面包師的哮喘。

此外，該研究表明，開花期間的溫度脅迫可以增加主要乳糜瀉和WDEIA蛋白的水平。

“我們的分析提供了關(guān)于環(huán)境和生長條件對(duì)人類消費(fèi)者蛋白質(zhì)水平的作用的重要見解，”該研究的作者說。

“這項(xiàng)工作還將為低過敏小麥品種的生產(chǎn)提供信息，其中包括對(duì)食品行業(yè)有用的品種。”