栽培六倍體燕麥 ( Avena sativa L.) 是一種具有國(guó)際重要性的谷類作物，被廣泛認(rèn)為是一種健康且營(yíng)養(yǎng)豐富的全谷物食品。然而，基因組資源的缺乏阻礙了現(xiàn)代植物育種方法的應(yīng)用。2022年5月18日，Nature雜志在線發(fā)表了來自德國(guó)環(huán)境衛(wèi)生研究中心Nadia Kamal等人的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)題為“The mosaic oat genome gives insights into a uniquely healthy cereal crop”的研究論文，該研究公布了栽培六倍體燕麥高質(zhì)量的參考基因組及其兩種祖先物種：Avena longiglumis（二倍體的，AA，2n?=?14）和Avena insularis（四倍體，CCDD，2n?=?4x?=?28）的基因組，并對(duì)與人類健康和營(yíng)養(yǎng)有關(guān)的基因家族的詳細(xì)分析，支持了燕麥在無麩質(zhì)飲食中的安全性。因此，該研究提高我們對(duì)燕麥基本生物學(xué)的理解，并加速基因組學(xué)輔助育種。
燕麥?zhǔn)呛瘫究频囊粏T，禾本科是經(jīng)濟(jì)上重要的草科植物，包括小麥、水稻、大麥、小米、玉米、高粱和甘蔗。燕麥物種在自然界中以二倍體、四倍體和六倍體的形式存在，在地中海、中東、加那利群島和喜馬拉雅山脈周圍表現(xiàn)出最大的遺傳多樣性。目前，燕麥?zhǔn)且环N全球作物，產(chǎn)量在谷物中排名第七。與其他谷物相比，燕麥種植需要較少的殺蟲劑、殺菌劑或肥料。小麥、大麥和黑麥等谷物儲(chǔ)存了大量的麩質(zhì)蛋白；相比之下，燕麥和大米儲(chǔ)存球狀蛋白質(zhì)。此外，大麥主要用于釀造工藝，小麥則用于制作面粉和面包，但燕麥卻能直接制作成燕麥片食用，非常接近天然原始谷物。因此燕麥具有可觀的健康益處以及替代動(dòng)物性食品的潛力。然而，基因組資源的缺乏阻礙了現(xiàn)代植物育種方法的應(yīng)用。
該研究產(chǎn)生了栽培六倍體燕麥染色體水平的參考序列，并且組裝了其兩種祖先物種：Avena longiglumis（二倍體的，AA，2n?=?14）和Avena insularis（四倍體，CCDD，2n?=?4x?=?28）的基因組。之后該研究輔以 RNA 測(cè)序和 Iso-seq 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)等方法發(fā)現(xiàn)燕麥基因組中有 80,608 個(gè)高置信度的基因座，而轉(zhuǎn)座因子占燕麥基因組序列的 64%。此外，研究發(fā)現(xiàn)C 亞基因組的二倍體祖先中具有更高的轉(zhuǎn)座子活性和數(shù)量。此外，研究發(fā)現(xiàn)燕麥中的頻繁的基因組重排導(dǎo)致了類似馬賽克的基因組結(jié)構(gòu)。
燕麥胚乳細(xì)胞壁中大量存在的可溶性纖維，可降低血液膽固醇和餐后血糖反應(yīng)。纖維素合酶樣基因CslF6是谷類中β-葡聚糖生物合成的核心。該研究對(duì)纖維素合酶 ( GT2 ) 和胼胝質(zhì)合酶 ( GT48 ) 家族進(jìn)行了分類，以確定燕麥 β-葡聚糖生物合成的遺傳基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)燕麥中 β-葡聚糖的高含量是由等位基因變異和轉(zhuǎn)錄因子驅(qū)動(dòng)。此外，該研究還對(duì)與人類健康和營(yíng)養(yǎng)相關(guān)的燕麥儲(chǔ)存蛋白有關(guān)的基因家族的詳細(xì)分析，支持了燕麥在無麩質(zhì)飲食中的安全性。同時(shí)該研究還繪制了燕麥表皮蠟突變體并鑒定為α/β-水解酶的單個(gè)基因（AVESA.00010b.r2 .UnG1403470）。該結(jié)果可以幫助育種者在未來適應(yīng)更熱氣候的燕麥品種中操縱組織特異性表皮蠟成分。
圖.表皮蠟突變體的單基因定位。
綜上所述，該研究公布了栽培六倍體燕麥高質(zhì)量的參考基因組及其兩種祖先物種的基因組，從分子水平看到了眾多有關(guān)燕麥的特殊性質(zhì)，如燕麥中麩質(zhì)蛋白含量非常少，可以減少麩質(zhì)蛋白引起的過敏和乳糜瀉等相關(guān)癥狀。同時(shí)燕麥還含有更高比例的β-葡聚糖，可以降低血液中的膽固醇水平，對(duì)患有糖尿病和代謝疾病的患者有積極作用。這些結(jié)果證明燕麥可作為無麩質(zhì)食物的證據(jù)。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04732-y.pdf
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