科学家对甘蔗基因组进行测序

甘蔗是世界上产量最大的作物，影响着全球历史、贸易和地缘政治，目前占全球食糖产量的 80%。虽然传统的甘蔗育种方法已有效地培育出适应新环境和病原体的品种，但糖产量的提高最近已趋于稳定。产量增加的停止可能是由于育种群体内遗传多样性有限、育种周期长及其基因组复杂性所致。现在，一个国际研究小组已经为典型的现代甘蔗品种 R570 生成了多倍体参考基因组。

然而，现代栽培品种均源自一个世纪前育种者在“甜”甘蔗和“野生”甘蔗之间进行的一些种间杂交。

甘蔗杂交在抗病性和适应其他压力环境条件方面取得了重大突破。然而，由于野生基因组的巨大贡献，早期杂交品种的糖产量也低得多。

R570 品种的开发体现了杂交甘蔗基因组和谱系的复杂性，该品种由留尼汪岛的育种者于 1980 年培育而成。

“甘蔗的基因组非常复杂，不仅因为它很大，而且因为它比典型植物含有更多的染色体拷贝，这种特征称为多倍体，”哈德森阿尔法生物技术研究所的研究员 Jeremy Schmutz 博士和他的同事说。

“甘蔗有大约 100 亿个碱基对，是 DNA 的组成部分;相比之下，人类基因组大约有 30 亿。”

“甘蔗 DNA 的许多片段在不同染色体内部和不同染色体之间都是相同的。这使得在重建完整的基因蓝图时正确地重新组装 DNA 的所有小片段成为一项挑战。”

“我们通过结合多种基因测序技术解决了这个难题，其中包括一种新开发的称为 PacBio HiFi 测序的方法，它可以准确确定较长 DNA 片段的序列。”

“这是我们迄今为止完成的最复杂的基因组序列，”施穆茨博士补充道。

“这表明我们已经走了多远。这是10年前人们认为不可能的事情。我们现在能够实现以前认为在植物基因组学中不可能实现的目标。”

CSIRO 研究员 Karen Aitken 博士表示：“这一突破通过利用甘蔗基因组中以前无法获取的遗传信息，解决了糖产量停滞的关键挑战。”

“这是甘蔗研究向前迈出的重要一步，将提高我们对产量、对不同环境条件的适应以及抗病性等复杂性状的理解。”

“我们正在努力了解植物中的特定基因如何与下游生物质的质量相关，然后我们可以将其转化为生物燃料和生物产品，”联合生物能源研究所的研究员布莱克·西蒙斯博士说。

“通过更好地了解甘蔗遗传学，我们可以更好地了解和控制生产糖和甘蔗渣衍生中间体所需的植物基因型，我们需要在与生物经济相关的规模上实现可持续甘蔗转化技术。”

研究结果发表在《自然》杂志上。