研究人员解码了本氏烟草95.6%的基因组

来自茄科的植物Nicotianabenthamiana是植物科学中使用最广泛的实验模型之一。2020年，日本名古屋大学的一个研究小组报告说，本氏猪笼草可以嫁接到不同科的植物上，显示出许多研究人员认为不可能的罕见能力。

现在，同一研究小组使用下一代测序技术解码本氏猪笼草植物基因组中的所有基因。他们的发现为植物如何能够进行这种嫁接提供了见解。他们的研究结果发表在植物和细胞生理学上。

本氏猪笼草的基因组结构长期以来一直是一个谜。它的复杂基因组是由于杂交而出现的，这意味着它的染色体来自两种植物。杂交事件发生在大约10万年前，发生在两个密切相关的植物物种之间：父系樟子松和母系毛茛科。更复杂的是，它通过几次杂交事件继续发展。

由于本氏猪笼草等植物的基因组如此之大，研究人员很难使用当前的技术对其进行整体分析。因此，为了更有效地研究它，科学家们将其切割成更小的片段进行测序，从而创建了所谓的DNA文库。对片段化DNA文库进行二代测序后获得的短序列称为读段。然后使用它们的重叠区域组装这些序列以创建更大的序列，称为重叠群。鉴于重叠群中碱基的顺序是已知的，此信息可用于连接重叠群以创建称为支架的更长序列。

尽管已经尝试通过将本氏猪笼草基因组碎片化为141，000个支架来分析其基因组，但其复杂的复制结构使染色体结构不清楚，分子遗传分析困难。就像拼图一样，可视化由少量碎片组成的已完成拼图的图像比由141，000块组成的拼图更容易。

“本氏猪笼草具有复杂的基因组结构。由于其复杂性，只知道片段DNA信息，这是遗传研究的障碍，“该研究的主要作者MichitakaNotaguchi副教授解释说。“许多事情是未知的，包括基因之间的状态和基因表达调控区域的序列信息，这对进一步的遗传分析构成了障碍。

由特别任命讲师KenichiKurotani和名古屋大学生物科学与生物技术研究中心的Notaguchi领导的研究小组与大众遗传信息实验室，国立遗传学研究所和KazusaDNA研究所合作，对大部分本氏猪笼草基因组进行了测序。使用最新的下一代测序技术，研究人员尽可能仔细地观察染色体水平。这使他们能够比以往任何时候都更深入地追溯该物种的遗传历史。

研究人员实现了总基因组95.6%的测序，并能够实现1，668个支架，比以前的研究少得多，使“拼图游戏”更容易构建。在这些支架中，有21个较大的支架有整条染色体的大小。

发现本氏猪笼草具有杂交亲本物种的基因组序列的复杂混合物。基因组序列是如此相互关联，以至于无法清楚地区分它们，这表明杂交的古老起源。他们估计本氏猪笼草和相关的烟粉猪笼草可能在3万到7万年前转移。

“这项研究通过提供有关基因表达调控区域序列，染色体连锁和基因数量的最新信息，极大地促进了本氏猪笼草的遗传分析。这些信息一直缺乏，“黑谷解释道。

“这种基因组解码将促进基因组编辑技术的应用，有望在未来用于植物研究。应加快本氏猪笼草的植物科学研究以及开发更有效的利用方法及其独特的嫁接能力。现在所有的信息都已通过基因组测序揭示，因此更容易将本氏猪笼草视为研究对象。