在國(guó)際小麥基因組測(cè)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，約占人類消耗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，具有160億個(gè)堿基對(duì)(DNA的組成部分)，是人類基因組的五倍以上。

但是小麥很容易遭受干旱和洪水的侵襲，每年小麥的大片作物都會(huì)因小麥銹病而受到損害。其基因組測(cè)序?yàn)楦斓厣a(chǎn)適應(yīng)氣候挑戰(zhàn)的小麥品種，提高產(chǎn)量，提高營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和改善可持續(xù)性鋪平了道路。

長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)小麥基因組進(jìn)行測(cè)序一直是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。除了其巨大之外，它還具有三個(gè)亞基因組，其中很大一部分是由重復(fù)性元素組成的。這意味著基因組的大部分彼此非常相似，即使不是完全相同。直到現(xiàn)在，這都使得區(qū)分每個(gè)亞基因組和將基因組正確地排列在一起變得困難。

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(guó)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)基因的精確位置和超過400萬(wàn)個(gè)分子標(biāo)記，以及包含影響基因表達(dá)的調(diào)控元件的基因之間的序列信息。

IWGSC執(zhí)行董事Kellye Eversole博士說：“小麥參考基因組的出版是許多人的工作的高潮，這些人聚集在IWGSC的旗幟下做著被認(rèn)為不可能的事情。”

“產(chǎn)生參考序列的方法以及財(cái)團(tuán)的原則和政策為大型，復(fù)雜的植物基因組測(cè)序提供了模型，并重申了國(guó)際合作對(duì)促進(jìn)糧食安全的重要性。”

“小麥基因組序列使我們可以查看小麥引擎內(nèi)部。我們所看到的東西完美地結(jié)合在一起，可以通過選擇來(lái)適應(yīng)變化和適應(yīng)不同的環(huán)境，并具有足夠的穩(wěn)定性以維持基本的結(jié)構(gòu)以在各種氣候條件下生存。”墨爾本大學(xué)和默多克大學(xué)的Rudi Appels教授說。 。

可以預(yù)見，高質(zhì)量的參考基因組序列的可用性將在未來(lái)幾十年內(nèi)促進(jìn)小麥的改良，其益處類似于在產(chǎn)生玉米和水稻的參考序列后所觀察到的益處。

“您如何感謝一個(gè)堅(jiān)持不懈并成功完成了小麥基因組測(cè)序并永遠(yuǎn)改變小麥育種的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)?內(nèi)布拉斯加林肯大學(xué)的斯蒂芬·班茲格教授說：“也許不是用科學(xué)家的話，而是用營(yíng)養(yǎng)豐富的孩子及其家人的微笑，他們的生活已經(jīng)變得更好了。”

小麥基因組被解密，組裝和排序。 種子或谷物是小麥單產(chǎn)的重要組成部分(左圖)，但是植物的所

小麥參考序列的影響在科學(xué)界已經(jīng)很顯著，例如同一天該出版物發(fā)表了另外六本描述和使用參考序列資源的出版物，其中一本在《科學(xué)》雜志的同一期中，另一本在《科學(xué)》雜志上。 “ 科學(xué)進(jìn)展 ”雜志和“ 基因組生物學(xué) ”雜志中的四篇。

《科學(xué)》雜志的第二篇文章提供注釋和資源，以支持研究人員和育種者了解小麥基因如何影響性狀。

它使用新的參考基因組對(duì)同源物或相似但起源于不同祖先基因組的基因拷貝的表達(dá)進(jìn)行全基因組分析。

精確定位面包小麥中的這些將有助于科學(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，約翰·英內(nèi)斯中心的科學(xué)家里卡多·溫貝托·拉米雷斯·岡薩雷斯和合著者揭示了小麥各個(gè)組織，發(fā)育階段和品種的同源基因之間的基因表達(dá)平衡。

他們確定了發(fā)育和暴露于應(yīng)激期間基因表達(dá)和共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的組織特異性偏倚。

他們說：“我們的工作提供了一個(gè)針對(duì)關(guān)鍵基因的框架，這些關(guān)鍵基因支撐了小麥有價(jià)值的農(nóng)業(yè)特性。”

最后，在利用新參考序列進(jìn)行的“ 科學(xué)進(jìn)步”研究中，默多克大學(xué)的AngélaJuhász博士和匈牙利科學(xué)院的農(nóng)業(yè)研究中心及其同事仔細(xì)檢查了導(dǎo)致多種小麥免疫疾病和變態(tài)反應(yīng)(如乳糜瀉)的蛋白質(zhì)，貝克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)在某些人中引起嚴(yán)重的過敏反應(yīng)。麩質(zhì)蛋白麥醇溶蛋白和谷蛋白在小麥中很常見，從而引發(fā)了乳糜瀉，這是一種全球普遍存在的慢性炎癥性疾病。

“此外，呼吸或皮膚暴露于其他類型的蛋白質(zhì)也與不良免疫反應(yīng)有關(guān)。但是，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)的性質(zhì)的詳細(xì)了解仍然難以實(shí)現(xiàn)。”

研究人員使用小麥基因組來(lái)搜索編碼已知引起過敏的小麥蛋白的基因，并在整個(gè)序列中進(jìn)行定位。

他們的分析確定了828個(gè)與免疫反應(yīng)蛋白潛在相關(guān)的已知和先前未知的基因。

結(jié)果表明，與腹腔和WDEIA相關(guān)的基因在淀粉狀胚乳(發(fā)酵粉的來(lái)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與貝克的哮喘有關(guān)。

此外，研究表明開花期間的溫度脅迫可以增加主要的腹腔和WDEIA蛋白的水平。

研究作者說：“我們的分析為環(huán)境和生長(zhǎng)條件對(duì)人類消費(fèi)者有問題的蛋白質(zhì)水平的作用提供了重要的見解。”

“這項(xiàng)工作還將為低過敏小麥品種的生產(chǎn)提供信息，尤其是對(duì)食品工業(yè)有用的小麥。”