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2号站研究人员发现了与绿谷子种子传播相关的基因

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多年来,伊丽莎白(托比)凯洛格博士和罗伯特·e·王杰出的侦探和其他成员唐纳德植物科学中心的研究人员(丹弗斯中心)开车上下高速公路的美国大陆,偶尔拉到路边收集小杂草丛生的植物,使他们回到实验室。
 
杂草丛生的草是绿谷子(Setaria viridis),二号站平台这是一种小型的模式草,生命周期短,使用被称为C4路径的碳固定过程,这特别有助于植物在温暖干旱的环境中茁壮成长。玉米和甘蔗属于主要高产C4作物,芒草和柳枝稷也是候选生物燃料原料。
 
无数次的公路旅行和数百种植物导致了一篇论文,2号站《绿色谷子Setaria viridis基因组资源使发现农学上有价值的基因座》,发表在《自然生物技术》上。
 
凯洛格和她的同事们,以及HudsonAlpha生物技术研究所的研究人员和美国能源部(DOE)联合基因组研究所(变得),美国能源部科学办公室用户设施位于劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室),生成的基因组序列近600绿色小米植物和发布了一个非常高质量的参考美国viridis基因组序列。通过对这些植物基因组序列的分析,研究人员还首次发现了一个与野生种群中种子传播有关的基因。
 
据我们所知,还没有人发现过这样的传播基因。这篇论文是第一个调查了大量的自然多样性,并提出,‘是的,存在影响这种表现型的基因。’
 
Donald Danforth植物科学中心的资深研究作者凯洛格说
 
“大量”测序的结果
 
种子传播对野生植物来说是至关重要的,但对驯化作物来说是不受欢迎的特性,因为它会导致收成减少。几千年来,农民选择谷类植物没有这个破碎的特质——指的是当集群的种子在每个分支的分裂的种子可以分散,所以仍在收集植物种子。
 
关联作图使研究小组确定了一种名为较少破碎1 (SvLes1)的基因;共同第一作者黄璞(音译)领导的基因编辑研究证实,通过关闭它,它参与了粉碎。“这是在自然种群中发现的一种新的突变基因。
 
能让植物完全发芽但又能防止种子掉落的基因并不多见,”JGI植物项目负责人Jeremy Schmutz说,他也是哈德逊阿尔法学院的研究员。
 
“这可能是另一种阻止粉碎和驯化作物的机制。”Kellogg补充说,破碎发生的方式在不同的作物之间差异很大,破碎基因可能是特定的物种或物种组。
 
基因组数据还显示,绿谷子曾多次从欧亚大陆传入美国。研究小组还发现了一个与叶片角度相关的基因,它决定了叶片能获得多少阳光,进而成为产量的预测因子。
 
这个基因是已知基因的同源基因,Schmutz说:“这个基因现在已经在玉米的叶片角度中被映射出来了。”“这是一个很好的例子,先发现新基因,然后再绘制图谱来确定候选基因。”
 
通过JGI的社区科学项目,已经生成了几百个绿谷子植物基因组序列,尽管最终的分析集中在598个个体上。Schmutz和他的团队在HudsonAlpha组装并注释了基因组。苏扬·马米迪和亚当·希利,两位共同的第一作者,领导了数据分析并组装了绿谷子的“泛基因组”(一组包含51000个基因的集合,代表了一个特定物种的所有基因)。
 
Schmutz说:“这是一个开发大规模基因组基础设施和合理可访问系统的很好的例子。”“建立泛基因组和加入使我们能够很容易地看到存在/缺失的变异,并在特定的加入中找到缺失的基因,并确认表现型,从而验证性状。”
 
家乐氏同意这一观点:“测序的细胞系的数量并非微不足道,它们都是从头组装起来的,这让研究团队能够观察整个基因的存在与否。”“获得这些信息很难。没有人这么做是有原因的;这是一大堆工作。如果没有杰里米团队的帮助,我是不可能做到的。这只是大量的测序。”
 
许多应用程序的资源
 
家乐氏指出,C4作物受到了广泛关注,因为即使在高温下,C4作物的产量也很高,而C3作物的光合作用效率较低,这是一个令人担忧的问题,因为极端天气事件变得越来越频繁。

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