科学家破译山药基因组，深入了解雌雄异株植物

　　

生物通报道  当“飞人”博尔特屡屡获得世界冠军之后，牙买加当地广告语写道:“你想跑得和博尔特一样快吗？吃牙买加山药吧！”山药当然不是博尔特夺冠的秘诀，但却是非洲主要的粮食作物。日前，一个由日本研究人员领导的团队对白色几内亚山药（white Guinea yam）的基因组进行了测序。

尼日利亚的山药产量占世界总产量的70%左右，但目前的消费需求量已超过其产量。破译山药基因组变得至关重要，因为与小麦、玉米和水稻等粮食作物不同，山药尚未被驯化，属于被忽视的“孤儿”作物。了解这种关键植物的基因组学，将有助于农民提高山药的产量和可持续性。

山药是薯蓣科薯蓣属的成员之一。在西非和中非，最受欢迎的种类是白色几内亚山药（Dioscorea rotundata）。然而，这种植物是雌雄异株的，这可能影响了收成。在开花植物中，雌雄异株的植物大约只占5-6%，包括山药和芦笋。

于是，日本岩手生物技术研究中心的Ryohei Terauchi领导的团队分析了几内亚山药的基因组，以促进基因组学育种。近日，他们在《BMC Biology》上发表了成果，生成了594 Mb的参考基因组，并重点关注了似乎影响性别决定的区域。

文章的共同第一作者、英国厄勒姆研究所的Benjamen White表示：“获得白色几内亚山药的参考序列为我们提供了一个独特的机会，让我们可以更好地了解雌雄异株这种罕见性状。这对改良山药品种是很重要的，将有助于改善西非和中非的粮食供应。”

White及其同事从几内亚山药的叶子中提取DNA，并开展测序。他们利用Illumina的MiSeq和HiSeq 2500平台，生成了85.14 Gb序列，这使得基因组覆盖度达149倍。之后利用组装软件，他们产生了超过4723个scaffold，基因组大小约为594 Mb，这比k-mer和流式细胞分析估计的要大。

利用各个组织的RNA-Seq数据，研究人员预测山药基因组包含26198个基因。其中，大约5557个基因在短柄草、水稻和拟南芥中有直系同源物，但另外12625个似乎在这些物种中没有直系同源物或旁系同源物。

之后，研究人员还定位了决定植物是雌性还是雄性的基因组区域。他们对253株植物开展QTL-seq分析，发现11号伪染色体上的一段区域在雄性植物中是纯合的，在雌性植物中是杂合的。研究人员指出，ZZ表型稳定产生雄性植物，而ZW表型不大稳定。它们通常带来雌性植物，但有时也会产生雌雄同株或雄性植物。

“对山药等孤儿作物进行基因组分析，这有助于改善粮食安全状况以及热带农业的可持续性，”作者在文中写道。（生物通 薄荷）

原文检索

Genome sequencing of the staple food crop white Guinea yam enables the development of a molecular marker for sex determination

BMC Biology 2017 15:86 | https://doi.org/10.1186/s12915-017-0419-x