植物基因组学促进可持续农业:蚕豆为例

在过去的二十年里，在全基因组测序(用于阅读的技术遗传用DNA)使研究人员对植物进化和植物特定的生物过程有了新的认识。最近的一次观点的文章强调指出，在现有的50万种绿色植物中，只有812种得到了测序。尽管如此，这项现代技术的采用极大地增加了我们对植物生命起源和多样性或重要植物性状的分子基础的理解。例如，科学期刊科学而且自然最近发表的研究项目成果，利用基因组学来破译葡萄的驯化或剖析一种重要豆科植物种子特征的遗传控制。对于具有农艺价值的植物，基因组序列信息可用于作物改良计划，以获得更能抵御逆境、生长所需投入更少或具有更好营养价值的栽培品种。

种植蚕豆，一种很好的植物性肉类替代品

在气候变化的情况下，生产植物蛋白作为动物蛋白的替代品可能是减少农业温室气体排放的一个好策略。图1)．特别是豆类——通常被称为“可能对健康有重大益处的食物”——可以提供最便宜的高质量植物蛋白来源。而大豆（大豆)——豆科植物中最重要的豆类，在温暖的环境下生长良好，冷季脉冲(如豌豆、扁豆、鹰嘴豆)可在温带地区种植。在脉冲,蚕豆（蚕豆根尖)因其高适应性、高产性和营养价值而脱颖而出。

尽管蚕豆种植在旧世界有着悠久的传统，但由于没有发现野生祖先，关于它在肥沃的新月地带驯化的起源仍然没有答案。此外，遗传数据和遗传物质的缺乏阻碍了旨在减少大熊猫产量的育种计划antinutrients(如vicine, jainine)或平衡必需氨基酸的含量。

Long Reads揭示了蚕豆巨型基因组的秘密

蚕豆基因组的测序一直受到其巨大规模的阻碍:分布在6条染色体上的130亿个核苷酸(13千兆kb)。为了更好地了解这个巨大的尺寸，整个人类基因组的大小与蚕豆最大的染色体相同!

最近，一个国际研究团队利用一种名为PacBio HiFi long reads的新技术，成功地对蚕豆的二倍体基因组(6条染色体的2份)进行了测序。作者选择了具有高产、早熟等优良特性的自交系Hedin/2作为参考。有趣的是，这条线显示了高度的纯合子性(即存在一个基因的两个相同变体，一个来自父母)，这要归功于相当程度的自育性(或自花授粉)，尽管它是异体生殖的物种(即，通过同一物种的另一种植物的花粉的异花受精繁殖)。

Jayakodi和同事发现，巨大的基因组可能是多种事件的结果——包括巨大的基因间区域的存在，重复元件的扩张(如占遗传物质80%的转座子)，以及几个基因的串联复制。作者还结合了基因组测序和转录组(均为对应基因转录的信使rna)，提高35000个蛋白编码基因的注释能力。令人好奇的是，基因在染色体上的分布在蚕豆和系统发育密切的物种中是相似的Pisum一（图2)，尽管它们的基因组大小有很大差异。

育种家和遗传学家的农业基因组学:广泛的应用

但是分子生物学家和育种家能用基因组数据集做什么呢?作为概念的证明，作者通过实施提供了实际应用实例全基因组关联研究重要的种子特性。具体来说，基因组信息被用于建立基因分型分析，以探索栽培种质多样性面板中的变异，并确定哪些遗传变异导致所需性状。蚕豆基因组数据可以进一步用于快速渗透有益特征，如减少有毒化合物(如生物碱糖苷)的含量，增加蛋白质生物利用度，或调节种子中植酸盐的积累。

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