Spikemoss基因组为生物燃料研究提供了新的途径桥梁植物发育差距

加利福尼亚州沃尔特克里克 - 这不是圣诞节，但是一种类似于季节性针叶树的小植物的DNA序列正在为生物燃料研究人员提供可能影响候选生物燃料原料植物发展的信息，并为植物学家们提供期待已久的植物进化见解。

普渡大学的植物学家Jody Banks说：“当你燃烧煤炭时，你正在燃烧Selaginella的祖先。”他最初建议美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)将这种植物命名为spikemoss as美国能源部JGI 2005社区测序计划的一部分。

5月5日在线发表于Science Express，来自60多家机构的研究人员，其中包括DOE JGI的Dan Rokhsar和Igor Grigoriev，这项工作的高级作者报告了Selaginella moellendorffii的基因组序列，并使用比较基因组学方法来识别核心基因可能存在于共同的祖先植物中。

Grigoriev指出，Selaginella基因组有助于填补植物进化中的巨大空白，从单细胞绿藻Chlamydomonas，在DOE JGI测序并于2007年发表，用于开发具有血管系统的植物。“ 卷柏属占据系统发育的重要位置，我们没有参考，”他说。“在光谱的一端，我们有像Physcomitrella这样的苔藓” - 第一个由DOE JGI进行基因组测序和发表的苔藓 - “另一个是被子植物，如草，包括Brachypodium，”其基因组由DOE JGI出版去年。

Spikemoss像草一样高大，但由于它在4亿多年前与开花植物分开，它没有像后来植物一样的根和叶。为了帮助理解这些关系，研究人员比较基因组卷柏对那些衣，小立碗和14种被子植物(有花植物)，包括拟南芥和水稻确定共同的基因。

班克斯说，拥有spikemoss基因组揭示了从苔藓到具有血管系统的植物的过渡并没有涉及从不产生花的维管植物到具有生产花的维管植物的基因。“我们对卷柏(Selaginella)有更好的想法，这些基因只能在被子植物中进化。植物需要血管组织高，从根部到叶子运输营养，“她说。“这相当复杂，但事实证明，与发明花朵相比，这个过程并不需要那么多基因。”

为了帮助血管组织保持直立，植物依赖木质素，这是一种研究人员正在研究的聚合物生物燃料，因为它的刚性结构难以分解，阻碍了它们作为潜在的生物能源原料的使用。该论文的合着者和Purdue同事的银行同事Clint Chapple一直在使用Selaginella基因组来研究在植物中合成三种不同类型木质素的途径。

“我们学到的是，卷柏不仅独立地发明了S型木质素，甚至可能比被子植物更早发明木质素，而是通过相关但不同的化学途径来实现它，”Chapple说。他描述了最近的一个项目[由美国国家科学基金会资助]，其中来自卷柏中木质素合成途径的酶用于修饰拟南芥中规范的木质素生成途径以产生聚合物。他说，基因组序列提供了战略研究机会。“我们已经知道，如果你改变木质素结构单元，你可以改善农业和工业用途的生物质。”

Banks还指出，Selaginella研究界已经围绕基因组的可用性发展，该基因组于2009年通过DOE JGI的植物门户Phytozome公开发布。她引用的一个指标是为卷柏基因组学做出贡献的研究人员数量她帮助维护维基，其存在只通过口口相传。“现在有超过100位共同作者，因为人们对基因组很感兴趣，”她说。“最近有大量论文，包括卷柏基因，因为它确实有助于研究人员了解他们最喜欢的基因家族的进化。卷柏代表植物进化树的一个整体分支，以前没有人采样，这非常重要。木质素的故事就是一个例子。“

美国能源部联合基因组研究所在美国能源部科学办公室的支持下，致力于推进基因组学研究，以支持与清洁能源生产，环境特征描述和清理相关的DOE任务。总部位于加利福尼亚州Walnut Creek的DOE JGI提供集成的高通量测序和计算分析，使基于系统的科学方法能够应对这些挑战。