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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(diǎn)使其保持了雜種優(yōu)勢(shì)，不容易出現(xiàn)自我繁殖造成的退化，這對(duì)進(jìn)化來(lái)說(shuō)是好的，可對(duì)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(dá)到1%，屬于復(fù)雜基因組，同時(shí)還包含了大量的重復(fù)序列，因此使得常用的WGS測(cè)序組裝策略不適用。所以，研究人員在這次測(cè)序中首次應(yīng)用了新一代lllumina測(cè)序平臺(tái)結(jié)合BAC-by-BAC策略，其中BAC-by-BAC策略是這次測(cè)序成功的關(guān)鍵。BAC-by-BAC策略最先是運(yùn)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(shí)現(xiàn)了在沒(méi)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(shù)基因組組裝。所形成的組裝技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于其他果樹(shù)或高度雜合的高等植物基因組研究具有很好的借鑒價(jià)值。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(guò)檢測(cè)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(gè)基因序列分成了3萬(wàn)8千個(gè)，相當(dāng)于10倍基因組的長(zhǎng)度，所以再通過(guò)相互疊加的測(cè)序驗(yàn)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(guò)對(duì)梨基因的測(cè)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(wàn)到2150萬(wàn)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(guò)基因注釋在梨基因組中共鑒定出396個(gè)與抗病相關(guān)的基因，發(fā)現(xiàn)超過(guò)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(jìn)化可能與基因家族的串聯(lián)復(fù)制和分化相關(guān)。

同時(shí)，結(jié)合基因表達(dá)譜研究，進(jìn)一步揭示了梨的自交不親和性、果實(shí)石細(xì)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(jī)制。例如，作為梨果實(shí)特有的石細(xì)胞合成代謝通路，其合成木質(zhì)素多少對(duì)果實(shí)品質(zhì)影響較大，是梨品質(zhì)高低的重要衡量因子。通過(guò)基因組學(xué)研究，進(jìn)一步明確了梨的石細(xì)胞合成過(guò)程中，在果實(shí)發(fā)育初期高量表達(dá)的HCT、C3’H和CCOMT基因?qū)е铝死婀麑?shí)G型和S型木質(zhì)素的形成，從而促進(jìn)了石細(xì)胞的積累，最終影響了果實(shí)品質(zhì)。研究還明確了梨主要糖運(yùn)輸形式山梨醇代謝相關(guān)基因呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)，表現(xiàn)出基因復(fù)制提高適應(yīng)性；而α-亞油酸是梨果實(shí)香氣形成的主要代謝通路。