2019-08-07 06:06:01
鳄梨基因组已经测序令鳄梨酱爱好者欢欣鼓舞

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我们现在知道鳄梨酱的DNA。

科学家对鳄梨基因组进行了测序,揭示了这种黄油果实的古老起源,并为未来改良农业奠定了基础。

关于现代事务,该研究首次表明,流行的哈斯鳄梨从墨西哥品种中继承了约61%的DNA,而从危地马拉品种中约占39%。 (鳄梨有多种类型,但是哈斯 - 在20世纪20年代首次种植 - 包括世界各地种植的大量鳄梨。)

该研究还为学习个体鳄梨基因的功能,以及利用基因工程提高鳄梨树的生产力,提高抗病性和创造具有新口味和质地的水果提供了重要的参考资料。

该研究对农业很重要。根据市场和消费者数据提供商Statista的数据,2017年全球鳄梨市场价值增长约130亿美元,其中最大的生产国墨西哥当年出口了约25亿美元的水果。在世界各地,鳄梨被涂在玉米饼上,捣碎成烤面包,卷成寿司,混合成奶昔(东南亚部分地区的一种流行食品)。

科学家不仅测定了哈斯鳄梨,还测定了来自墨西哥,危地马拉和西印度群岛的鳄梨,这些鳄梨都是这些水果的遗传上独特的本地栽培品种的家园。

该项目由墨西哥生物多样性基因组学国家实验室(LANGEBIO),德克萨斯理工大学和布法罗大学领导。该研究于8月6日在“美国国家科学院院刊”上发表。

“鳄梨是一种在全球范围内具有巨大重要性的作物,尤其是对墨西哥而言。虽然大多数人只会品尝哈斯或其他几种类型,但在墨西哥多样性中心种类中有大量优质鳄梨品种,但很少除非他们在美国边境以南旅行,人们才会尝试过这些品种。这些品种是鳄梨未来的遗传资源。我们需要对鳄梨基因组进行测序,以使物种能够进入现代基因组辅助育种工作,“Luis Herrera-Estrella说,博士,德克萨斯理工大学校长植物基因组学杰出教授,在加入德克萨斯理工大学之前,他曾在LANGEBIO担任过荣誉教授,并完成了大部分工作。

“我们的研究为了解所有鳄梨的抗病性奠定了基础,”UB艺术与科学学院生物科学帝国创新教授,新加坡南洋理工大学客座教授Victor Albert博士说。新加坡)。艾伯特是Herrera-Estrella研究的另一位领导人。 “如果你有一棵看似擅长抵抗真菌的有趣树,你可以进去寻找在这个鳄梨中特别活跃的基因。如果你能识别控制抗性的基因,你知道它们在哪里在基因组中,你可以尝试改变它们的调节。人们对开发抗病砧木有着浓厚的兴趣,而砧木是嫁接的优良品种。“

一种古怪,大坑的水果的家族史

虽然鳄梨仅在20世纪才上升到国际知名度,但它在中美洲和南美洲作为食物来源的历史悠久,长期以来一直是当地美食的特色。例如,数百年前,阿兹特克人将鳄梨捣碎,制成一种名为āhuacamolli的酱汁。

在此之前,在史前时代,鳄鱼和它们的巨型物质可能已经像巨型树懒一样被巨型动物吃掉了。 (阿尔伯特说,人们认为这些动物可能通过在远处刺出种子来帮助驱散鳄梨。)

这项新研究甚至进一步回归。它使用基因组学来研究鳄梨的家族历史,科学家将其称为美洲鳄(Persea americana)。 “我们研究鳄梨的基因组过去,为墨西哥设计这种战略作物的未来,”Herrera-Estrella说。 “鳄梨的长寿命周期使育种计划变得困难,因此基因组工具将有可能创造更快,更有效的育种计划,以改善这种日益流行的水果。”

鳄梨属于一组相对较小的植物,称为magnoliids,大约1.5亿年前与其他开花植物物种不同。这项新的研究支持 - 但并未证明 - 这一假设认为,作为一个群体,magnoliids早于今天开花植物的两个主要谱系,即eudicots和monocots。 (如果这是正确的,那并不意味着鳄梨本身比真双子叶植物和单子叶植物更老,但鳄梨属于遗传系,在真双子叶植物和单子叶植物之前与其他开花植物分开。)

“我们在论文中所做的一件事就是试图解决鳄梨与其他主要开花植物之间的关系问题?这结果是一个棘手的问题,”艾伯特说。 “由于magnoliids与其他主要开花植物群体如此迅速和如此早地分离,在其他主要群体也出现分歧的时候,整个事情完全是神秘的。我们通过比较鳄梨基因组与其他植物物种的基因组,但我们没有得出一个确定的结论。“

2016年的研究论文估计了Magnoliids在地球上包含大约11,000种已知的生物物种,包括鳄梨,木兰和肉桂。相比之下,大约285,000种已知物种被计为真双子叶植物和单子叶植物。

作为化学家的鳄梨,以及混合哈斯的遗产

科学家们不知道牛油果的年龄多大,而这项新研究并没有解决这个问题。但这项研究确实探索了鳄梨如何变化 - 遗传 - 因为它成为了自己的物种,从其他的magnoliids分支出来。

该论文表明,鳄梨经历了两个古老的“多倍体”事件,其中有机体的整个基因组被复制。许多重复的基因最终被删除。但是一些人继续开发新的和有用的功能,这些基因仍然存在于今天的鳄梨中。其中,参与调节DNA转录的基因(一种对调节其他基因至关重要的过程)的比例过高。

该研究还发现,鳄梨已经利用了第二类复制基因 - 串联重复 - 目的可能包括制造化学品以抵御真菌攻击。 (串联重复是孤立事件的产物,其中个体基因在繁殖期间被错误地复制。)

“在鳄梨中,我们看到了一个共同的故事:基因复制的两种方法导致在很长时间内产生非常不同的功能结果,”Albert说。

“在植物中,从多倍体事件中保留的基因通常与大的调节事物有关。而基因保留不受限制的一次性重复事件通常与生物合成途径有关,在这些途径中你正在制造这些化学品 - 味道,吸引的化学物质昆虫,抵抗真菌的化学物质。植物是优秀的化学家,“Herrera-Estrella说。

在研究了牛油果的一些古老奥秘后,这项新研究也及时向前推进,探索这个心爱的水果故事的现代篇章:人类如何改变物种的DNA。

由于商业种植者通常通过将现有树木的枝条移植到新的砧木上来种植鳄梨,因此今天的Hass鳄梨在基因上与20世纪20年代种植的第一种哈斯鳄梨相同。这些现代的哈斯鳄梨种植在哈斯树枝上,嫁接到各种砧木上,适合特定的地理区域。

虽然哈斯鳄梨长期以来被认为是杂交种,但它的出处 -  61%的墨西哥人,39%危地马拉人 - 的细节以前都不知道。科学家们对哈斯鳄梨基因组的新图谱显示了来自每个亲本类型的大量连续DNA,反映了品种最近的起源。

“在杂交后,你会立即从母株中获得这些巨大的DNA块,”Herrera-Estrella说。 “由于你有更多的繁殖事件扰乱了染色体,这些区块会分裂很多代。但是我们看不到哈斯鳄梨的这种混乱。在4号染色体上,一只整个手臂似乎是危地马拉,而另一只手臂是墨西哥人。我们在Hass牛油果中看到了大块的DNA,反映了它的传统。“

“我们希望墨西哥政府继续支持这些雄心勃勃的项目,这些项目使用最先进的技术来深入了解墨西哥本土植物的遗传学和基因组学,”Herrera-Estrella说。

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