Foxtail小米提供组装柳枝稷基因组的线索

将DNA片段排列成科学家可以解释的基因组序列是一个经常与组装拼图相比的挑战，除了没有框提供图片甚至应该是什么的概念。有时，可以使用来自相关生物体的其他可公开获得的DNA序列来指导装配过程，但其有用性取决于任何两个序列彼此之间的密切关系。例如，参考基因组可能与正在组装的参考基因组距离很远，这类似于将Model-T与现代混合动力汽车进行比较。

对于对柳枝稷感兴趣的研究人员，美国能源部(DOE)正在研究作为未来生物燃料原料的多年生草，组装植物基因组构成了比平常更复杂的难题，因为它有多个染色体拷贝。美国能源部联合基因组研究所(JGI)在国际合作伙伴关系中，包括美国能源部生物能源科学中心(BESC)和DOE联合生物能源研究所(JBEI)，这三个DOE生物能源研究中心中的两个，对相关候选生物能源的植物基因组进行了测序高粱和模型草短柄草等作物。这两种植物都被用作柳枝稷的参考，但是高粱最后与超过2000万年前的柳枝稷共有一个共同的祖先，而短柄草则是最后一个共有一个共同的祖先与柳枝稷超过5000万年前。更接近的柳枝稷(Setaria italica)的基因组在2012年5月13日版的Nature Biotechnology中有所描述。所有三种基因组以及DOE JGI测序的其他植物的基因组均可在www.phytozome.net上公开获取。

“我们并不认为狗尾草本身就是一种生物燃料作物，而是因为它的基因组在结构上非常接近柳枝稷，因此它是一个信息非常丰富的模型，”BESC研究员，该研究的共同第一作者，教授，Jeff Bennetzen说。佐治亚大学。他最初提出DOE JGI序列是2008年社区测序计划下的谷子基因组。

研究生物能源应用草的挑战之一是它们通常具有较长的生命周期和复杂的基因组。HudsonAlpha生物技术研究所DOE JGI工厂项目负责人Jeremy Schmutz指出，谷子谷有一些优势作为模型。它是一个紧凑的基因组，大小约为5亿个碱基，并且可以在短短几个月内在小空间内种植大量的基因组。

Schmutz表示，大约80%的谷子基因组已经使用久经考验的Sanger测序平台和超过95%的基因空间 - 基因组的功能区域进行组装。“ Setaria基因组是一个高质量的参考基因组，”他说。“如果你想进行需要了解所有基因以及它们如何相互定位的功能研究，那就使用这个基因组。”

一个这样的研究领域是适应。由于它遍布世界各地，因此 狗尾草被认为是学习草在各种环境条件下如何适应和繁殖的良好模型。此外，它似乎独立地进化出光合作用的途径，与玉米和高粱使用的途径是分开的。“通过对狗尾草基因组的测序，”研究小组在他们的论文中指出，“进化遗传学家现在有一种年度，温带，C4，抗旱和耐寒的草，它们可以与其他已经或尚未植物的植物进行全面比较进化这些适应性。“C4植物的特点是它们在高光强和高温下比C3植物更快地进行光合作用。

Schmutz还指出，狗尾草基因组是实验室中用于研究柳枝稷特征(如细胞壁形成)的良好实验模型。作为BESC的成员，Bennetzen解释了如何使用狗尾草基因组可以帮助他的团队的一个生物能源项目：“生物燃料生产的最大成本和瓶颈是将木质纤维素转化为单糖。我们正在研究与减少顽固性(即更容易获取糖)相关的特征，并寻找改变细胞壁组成的变异。如果它在Setaria中有效，那么同样的方法将适用于柳枝稷。“

对于研究的合着者和唐纳德丹福斯植物中心可再生燃料企业研究所所长Tom Brutnell来说，狗尾草基因组是他自己研究兴趣的起点。“现在我们已经拥有了基因组序列，我们可以开始为狗尾草开发遗传工具。”他在DOE JGI 2012年社区测序计划下提出的建议建立了两个狗尾草基因组的可用性，即狐尾粟及其野生祖先绿色谷子(S. viridis)，这也在论文中描述。“我们真正想要的是用于恐慌草的拟南芥，”他说，指的是许多研究人员使用的无处不在的植物模型。“绿色狗尾草比谷子小 - 当它只有六英寸高时，我们可以开花，你可以在六到八周内从种子到种子。相比之下，狐尾粟是一种适宜的作物，因此它更高，具有四个月的更长的发育时间，并且没有人真正开发出有效的转化方法。我们与DOE JGI的项目使我们能够利用狗尾草基因组来快速跟踪S. viridis作为模型遗传系统。“

加州大学伯克利分校研究植物比较基因组学的研究员Michael Freeling说，狗尾草基因组“增加了'草作为单一遗传系统'的力量，而植物生物学界很幸运，DOE联合基因组研究所已完成其草案序列。“他补充说，狐尾粟在草系统发育树中的位置至关重要。“远离水稻足够远，以确保无功能序列已随机化，但目前尚未发现小的保守调控位点无法识别。作为庄稼高粱和玉米的姐妹部落，狗尾草是一个特别有价值的外群。此外，狗尾草嵌套在草丛中，C3和C4的光合作用似乎几乎可以互换，因此有望进行洞察。C4光合作用具有独特的解剖结构，包括着名的束鞘，特别有效。狗尾草现在是其部落所有其他成员的典范，包括柳枝稷。“