科學家破譯山藥基因組，深入了解雌雄異株植物

　　當“飛人”博爾特屢屢獲得世界冠軍之后，牙買加當地廣告語寫道:“你想跑得和博爾特一樣快嗎？吃牙買加山藥吧！”山藥當然不是博爾特奪冠的秘訣，但卻是非洲主要的糧食作物。日前，一個由日本研究人員領導的團隊對白色幾內亞山藥（white Guinea yam）的基因組進行了測序。

　　尼日利亞的山藥產量占世界總產量的70%左右，但目前的消費需求量已超過其產量。破譯山藥基因組變得至關重要，因為與小麥、玉米和水稻等糧食作物不同，山藥尚未被馴化，屬于被忽視的“孤兒”作物。了解這種關鍵植物的基因組學，將有助于農民提高山藥的產量和可持續性。

　　山藥是薯蕷科薯蕷屬的成員之一。在西非和中非，最受歡迎的種類是白色幾內亞山藥（Dioscorea rotundata）。然而，這種植物是雌雄異株的，這可能影響了收成。在開花植物中，雌雄異株的植物大約只占5-6%，包括山藥和蘆筍。

　　于是，日本巖手生物技術研究中心的Ryohei Terauchi領導的團隊分析了幾內亞山藥的基因組，以促進基因組學育種。近日，他們在《BMC Biology》上發表了成果，生成了594 Mb的參考基因組，并重點關注了似乎影響性別決定的區域。

　　文章的共同第一作者、英國厄勒姆研究所的Benjamen White表示：“獲得白色幾內亞山藥的參考序列為我們提供了一個獨特的機會，讓我們可以更好地了解雌雄異株這種罕見性狀。這對改良山藥品種是很重要的，將有助于改善西非和中非的糧食供應。”

　　White及其同事從幾內亞山藥的葉子中提取DNA，并開展測序。他們利用Illumina的MiSeq和HiSeq 2500平臺，生成了85.14 Gb序列，這使得基因組覆蓋度達149倍。之后利用組裝軟件，他們產生了超過4723個scaffold，基因組大小約為594 Mb，這比k-mer和流式細胞分析估計的要大。

　　利用各個組織的RNA-Seq數據，研究人員預測山藥基因組包含26198個基因。其中，大約5557個基因在短柄草、水稻和擬南芥中有直系同源物，但另外12625個似乎在這些物種中沒有直系同源物或旁系同源物。

　　之后，研究人員還定位了決定植物是雌性還是雄性的基因組區域。他們對253株植物開展QTL-seq分析，發現11號偽染色體上的一段區域在雄性植物中是純合的，在雌性植物中是雜合的。研究人員指出，ZZ表型穩定產生雄性植物，而ZW表型不大穩定。它們通常帶來雌性植物，但有時也會產生雌雄同株或雄性植物。

　　“對山藥等孤兒作物進行基因組分析，這有助于改善糧食安全狀況以及熱帶農業的可持續性，”作者在文中寫道。