海岸红杉和巨杉基因组序列完成

科学家已经完成了海岸红杉和巨型红杉的基因组序列。这项研究有助于更好地解释这些物种适应环境变化能力的遗传基础。研究结果表明，海岸红杉的基因组是从一个单一的祖先物种进化而来的。

　　

加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)的研究人员进行了多年的研究;约翰霍普金斯大学;康涅狄格大学;北亚利桑那大学;由拯救红杉联盟资助该研究为更好地理解红杉对气候影响和病原体的反应提供了基础。

研究组于2020年11月公开了已完成的巨杉基因组研究成果。

加州大学戴维斯分校的植物科学名誉教授、新海岸红杉基因组研究的主要作者戴维·尼尔(David Neale)说:“自2017年我们接受这一挑战以来，基因组研究取得的进展令人瞩目。”“我们在海岸红杉和巨红杉基因组方面的工作将使我们能够开发出现代基因工具，可用于这些生态上重要的树种的恢复和保护。”

该联盟及其研究伙伴在2017年启动了红杉基因组项目。项目合作伙伴提出了一个雄心勃勃的计划，首次使用新的针叶树基因测序技术对海岸红杉和巨红杉的基因组进行全面测序。

该项目开发的基因组资源和筛选工具将帮助研究人员快速评估这些森林的进化适应潜力，并最终为森林恢复和管理计划提供信息。

海岸红杉基因组

海岸红杉是世界上最高的树，它的基因组是最复杂的序列之一。它比人类基因组大近9倍，也是第二大基因组测序。红杉的基因组有265亿个碱基对DNA，而且它是六倍体，这意味着红杉有六套染色体。人类有30亿个碱基对DNA，是二倍体，有两套染色体。

当将海岸红杉的基因组序列与其他针叶树进行比较时，研究人员发现了数百个海岸红杉特有的基因家族。许多是帮助树木应对和对抗压力、抵抗疾病和受伤后修复的基因。

巨杉基因组

巨杉是世界上最大的树种，也是地球上最古老的树种之一。据研究小组在2020年的报告，其基因组包含81.25亿对DNA碱基对。与人类基因组相似，巨杉基因组是二倍体。本研究获得的参考基因组是柏科植物中第一个基因组测序结果，为利用基因组工具辅助巨杉保护和管理奠定了基础。

针叶树的基因组比人类基因组大3到10倍。它们是高度重复和复杂的。第一个针叶树基因组测序是2013年的挪威云杉和2014年的火炬松，这是在人类基因组完成10年后。

由于经济和技术的限制，针叶树基因组测序以前是不可行的。随着技术的进步，成本也降低了，10个针叶树基因组现在已经被测序。

关于红杉基因组计划

在过去的160年里，商业伐木和伐林砍伐占据了95%的海岸红杉和三分之一的巨杉。2020年，估计有10%-14%的巨杉死于高强度的野火，在一些地区，种子库也死了。

2021年，两场野火也烧毁了巨红杉的大片区域，目前估计，大火造成的死亡影响了另外5%的成熟红杉。结果，这两个森林在总面积和遗传多样性方面都经历了重大损失。

由于这些对两个种群的重大影响，联盟正在这两个森林范围内领导恢复项目。它的目的是利用这项研究和未来的遗传研究为恢复和保持遗传多样性的努力提供信息，并增强这些物种在面对迅速、前所未有的环境变化时的恢复能力。

“这项雄心勃勃的科学研究为联盟和整个红杉社区提供了重要的基础，”拯救红杉联盟科学和保护规划主任乔安娜·纳尔逊博士说。“这将最终帮助我们了解海岸红杉和巨杉物种在面对气候变化时所表现出的令人难以置信的反应范围，以及本地遗传多样性是如何告知这些反应的。”红杉基因组项目帮助我们第一次看到让这些森林适应并生存了数千年的完整的基因多样性，并可以保护它们免受一系列它们从未经历过的条件的影响。”

这项研究得到了美国国家科学基金会、美国农业部和美国国立卫生研究院的资助。拯救红杉联盟的捐赠者通过“永远的森林:红杉运动”为红杉基因组计划捐款超过100万美元，其中包括拉尔夫·艾森巴赫和卡罗尔·乔伊·普罗文的一笔重要牵头捐款。基因组服务公司Illumina、牛津纳米孔技术公司(Oxford Nanopore Technologies)和鸠尾基因组公司(Dovetail Genomics)也做出了实物贡献。

Journal Reference:

1. David B Neale, Aleksey V Zimin, Sumaira Zaman, Alison D Scott, Bikash Shrestha, Rachael E Workman, Daniela Puiu, Brian J Allen, Zane J Moore, Manoj K Sekhwal, Amanda R De La Torre, Patrick E McGuire, Emily Burns, Winston Timp, Jill L Wegrzyn, Steven L Salzberg. Assembled and annotated 26.5 Gbp coast redwood genome: a resource for estimating evolutionary adaptive potential and investigating hexaploid origin. G3 Genes|Genomes|Genetics, 2021; DOI: 10.1093/g3journal/jkab380