在拟南芥的1001个基因组和表观基因组中发现了广泛的变异

一个国际科学家小组对1000多种拟南芥植物的全基因组和表观基因组进行了测序，这些植物从地理位置不同的地方采样。1,001个基因组和1,001个表观基因组的集合不仅阐明了其进化历史的新方面，而且还提供了这个重要模型植物中遗传和表观遗传变异之间相互作用的全面的物种范围图。

当2007年左右出现下一代测序时，可以相对快速且廉价地对基因组进行测序。人类遗传学家迅速发展一个项目，测序基因组1000编目人类遗传变异。植物生物学家不甘示弱，决定“如果我们的同事拥有一千个基因组，那么我们必须拥有至少一千零一个基因组，”德国马克斯普朗克发育生物学研究所所长Detlef Weigel说。共同领导了1,001基因组计划。但对基因组进行测序只提供了部分故事 - 研究人员进一步对这些植物的转录组和甲基化组进行了测序。

关于植物进化和适应的许多问题可以用新数据来解决。“这是一个巨大的假设发生器，试图了解自然界中发生的事情，”霍华德休斯医学研究所(HHMI)和戈登和贝蒂摩尔基金会(GBMF)调查员乔伊克尔解释说，他是索尔克研究所的植物生物学家，他指导1,001表观基因项目。“在过去，我们在实验室中几乎所有的基因都发生了突变。但在这里，你正在研究从野外捕获的微妙而不那么微妙的遗传和表观遗传变异。” 因此，它为那些对野生植物如何适应气候变化感兴趣的科学家提供了机会。

“[研究人员]将有工具来研究感兴趣的基因中存在什么样的自然变异，”奥地利Gregor Mendel研究所所长Magnus Nordborg说，他共同领导了1001基因组项目。“最终的目标是远离参考基因组，并全面了解所有遗传变异 - 以及与之相关的一切。”

这两项新研究将于2016年7月14日出版的Cell杂志上发表，表明拟南芥基因组中大约25%的基因在甲基化状态上表现出多样性。甲基化，即向DNA链中添加甲基，与转座因子(基因组中的“跳跃基因”)的沉默有关。“甲基化还可以修饰基因表达，例如通过阻止转录因子登陆基因启动子并激活它，”Salk研究所的计算生物学家Carol Huang表示，他共同领导了表观基因组研究。

研究人员还发现基因组和表观基因组彼此密切相互作用。“有些基因可以控制这些不同植物中的表观基因组，”Ecker解释说，“这些基因的变异可能会改变表观基因组，从而有助于植物在特定环境中更好地生存。” 现在在日本国家农业生物科学研究所工作的Salk研究所的植物生物学家Taiji Kawakatsu共同领导了这项工作，他们补充说：“这些基因也可能在产生细胞类特异性表观基因组模式和种间表观基因组中发挥作用。多样性“。

虽然研究人员之前已经在寻找基因组和表观基因组之间的这种关联，但研究受到较小样本量的限制。奥地利格雷戈尔孟德尔研究所的人口遗传学家Eriko Sasaki表示，“有1000个种质，我们能够测量多少可以通过遗传变异来解释甲基化变异”，他共同领导了表观基因组分析。“它使我们在数量上更好地了解遗传和甲基化变异之间的相互作用。”

他们发现的另一个显着特征是参与免疫的基因比其他类别的基因表现出更多的遗传和表观遗传变异。免疫基因不仅具有小的突变，而且还具有“可变的上皮细胞状态，并且与大规模的结构重排和转座因子有关，”Salk研究所的植物生物学家Florian Jupe说，他是该基因组计划的共同领导者。

研究人员还注意到遗传和表观遗传变异与气候和地理位置的相关性。他们正在努力确定哪些基因和表观遗传标记允许特定品种在特定环境中茁壮成长。植物可能是研究适应性的最佳生物之一：当植物被放置在新的环境中时，它们必须快速适应，因为它们无处可去，HHMI调查员Joanne Chory解释说，他是Salk研究所的植物生物学家。没有参与这项研究。“我认为植物是唯一可以将基因型映射到表型和适应性的地方。人类很难做到......如果他们能够在植物世界中解决这个问题，那将对理解多细胞生命做出巨大贡献总的来说，“Chory说。

新数据集也将成为植物育种者的灵感，他们通常专注于遗传标记来选择感兴趣的基因。“育种者可能会使用表观遗传信息，就像他们使用遗传信息来选择特征一样;现在可以测试这种方法的力量，”Ecker说。“除了个别基因有用之外，还有可以选择的表观遗传变异的想法是他们应该注意的事情，”他说。