研究策略“別出心裁”，把基因組分成小段
梨是高度雜合的物種，其自交不親和、排斥近交等特點使其保持了雜種優(yōu)勢，不容易出現(xiàn)自我繁殖造成的退化，這對進化來說是好的，可對生產(chǎn)和研究則是頭疼的事。由于雜合度很高，不斷有新的遺傳基因引入，使得遺傳信息組建上有困難。
作為此次研究樣本的“碭山酥梨”，由于其基因組雜合度達到1%，屬于復(fù)雜基因組，同時還包含了大量的重復(fù)序列，因此使得常用的WGS測序組裝策略不適用。所以，研究人員在這次測序中首次應(yīng)用了新一代lllumina測序平臺結(jié)合BAC-by-BAC策略，其中BAC-by-BAC策略是這次測序成功的關(guān)鍵。BAC-by-BAC策略最先是運用在海洋生物的基因組研究上的，而用在高等植物上，這次尚屬首例。該方法實現(xiàn)了在沒有物理圖譜輔助的情況下，高質(zhì)量地完成了高雜合、高重復(fù)序列的二倍體果樹基因組組裝。所形成的組裝技術(shù)和經(jīng)驗，對于其他果樹或高度雜合的高等植物基因組研究具有很好的借鑒價值。
簡單來說，BAC-by-BAC的策略就是把梨的基因組分成小段，然后插入基因載體（大腸桿菌的基因）中，由于載體基因序列已知，因此通過檢測重組基因就可方便地找出插入基因——梨基因片段，由于科研人員將整個基因序列分成了3萬8千個，相當(dāng)于10倍基因組的長度，所以再通過相互疊加的測序驗證，從而避免了組裝工作所造成的混亂。
基因組比較，追尋蘋果和梨的“前世今生”
通過對梨基因的測序和與蘋果基因組的比較研究，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的科研人員將蘋果與梨的分化追溯到540萬到2150萬年前，并且明確了兩者在基因組大小上的差異主要是由重復(fù)序列引起的，而基因區(qū)十分相近。通過基因注釋在梨基因組中共鑒定出396個與抗病相關(guān)的基因，發(fā)現(xiàn)超過30%的R基因都富集在特定的基因組區(qū)域，表明抗性基因的進化可能與基因家族的串聯(lián)復(fù)制和分化相關(guān)。
同時，結(jié)合基因表達譜研究，進一步揭示了梨的自交不親和性、果實石細胞代謝、糖代謝、香氣形成等重要栽培性狀的分子特征和調(diào)控機制。例如，作為梨果實特有的石細胞合成代謝通路，其合成木質(zhì)素多少對果實品質(zhì)影響較大，是梨品質(zhì)高低的重要衡量因子。通過基因組學(xué)研究，進一步明確了梨的石細胞合成過程中，在果實發(fā)育初期高量表達的HCT、C3’H和CCOMT基因?qū)е铝死婀麑岹型和S型木質(zhì)素的形成，從而促進了石細胞的積累，最終影響了果實品質(zhì)。研究還明確了梨主要糖運輸形式山梨醇代謝相關(guān)基因呈現(xiàn)擴張趨勢，表現(xiàn)出基因復(fù)制提高適應(yīng)性；而α-亞油酸是梨果實香氣形成的主要代謝通路。
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