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菠菜基因组揭示活化石

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想象一下是菠菜。

在一家超市的农产品部分的边缘,袋装,并成为一个悲伤的均匀性只是从富豪,多种传家宝西红柿脚;紫色,橙色和奶油色的菜花;洋葱,土豆,南瓜,甚至豌豆的种类繁多,菠菜植物只能以叶片大小辨别深绿色。

羽衣甘蓝的阴影

在农贸市场,孤独的菠菜依偎在不断增长的时髦蔬菜,羽衣甘蓝和芝麻菜,甜菜和芥末的聚宝盆之间。由于最近在人工选择(又名农业)方面的努力,芥蓝的多样性是惊人的。除了常见的羽衣甘蓝外,市场上还展示了无头甘蓝(又名恐龙,托斯卡纳或卡沃洛尼禄),中国人,西伯利亚人,红色俄罗斯人(又名衣衫褴褛的杰克),意大利人,红色的紫红色叶子和枯燥的白色。白蛋白质比比皆是。

羽衣甘蓝也有托马斯·杰斐逊培育的区别,而不是要求烦人的肥胖男性卡通人物的发明,以诱使孩子吃它。

一些人类为塑造作物性状所作的努力与芥兰的许多风味相反。多年的胡萝卜最近经过几十年的选择后,又回来了。根据定义,传统的西红柿不是杂交品种,允许出现隐藏的隐性特征,例如各种颜色。

如果食品标签包含了基因组信息,以及我熟悉的“有机”和“非转基因”以及在当地超市出现的“NuVal”分数,购物者可能会看到一些迷人的进化生物学。例如,西兰花,花椰菜,布鲁塞尔的豆芽,卷心菜,大头菜,羽衣甘蓝,是的,许多羽衣甘蓝,都基本上是相同的吓人的植物!农民们已经从共同的祖先中调整并诱导了它们。野甘蓝甘蓝(Brassica oleracea),其基因组序列在2013年推出。

对于动物而言,培育新的植物品种要容易得多,因为植物染色体组有自然倾向重复自己的多样性。所有从我们这里得到的是一些聪明的选择。

一个活化石

因为我同情菠菜,上周我被一个新闻稿引起了高分辨率的基因组序列的兴趣。而且我并没有失望,因为DNA揭示了菠菜的同一性仅仅是它的完美体现的反映,当一个物种是高度的时候,“如果它不能破坏不能修复它”的进化停滞适应其环境,并在外面的变化中生存。

菠菜现在正式加入了其他着名的“活化石”的行列。查尔斯·达尔文在1859年创造了这个词,物种的起源表示一个现有的物种,看起来就像它的遥远的祖先。生物化石的海报物种是腔棘鱼,一种丑陋的大鱼,定期被认为已经灭绝,直到它上岸或在市场上出现。无花果,鳄鱼,马蹄蟹,鹦鹉螺和帕劳洞穴鳗鱼是其他动物活化石,从植物王国统治银杏,从化石形式约会到2.7亿年前保持不变。

由于许多物种经历了进化时期的剧烈变化,活化石仍然保持原样。自然界从5200万年前的狐狸大小的 Eohippus 中选择了马匹,但是人们还是帮助野生草的相当迅速的进化成了玉米(见“马着色书的演变”)。

菠菜基因组

我们从化石的骨骼和牙齿了解马的进化,我们可以从染色体重复和洗牌的模式重建植物的起源。分析菠菜的进化历史需要更深入地了解其基因组的细微差别。

2013年,康乃尔大学博爱汤普森研究所和上海师范大学的基因组科学家开始组装世界各地的菠菜品种,不仅对基因组进行了检测,而且还对转录组进行了基因检测。基因组序列在(Nature Communications )的5月24日公布,提供168-212倍的覆盖率(反映完整性)并考虑 107个栽培品种和13个野生品种。菠菜( Spinacia oleracea )基因组为:
•6对染色体
•25,495个基因
•1,009,000,000个DNA碱基
•74.4%转座子(跳跃基因)

菠菜的最近亲戚是较小的基因型甜菜,它是还用藜麦交换了几个基因。菠菜基因中只有约6.1%的基因在甜菜中被发现,其中28.3%的菠菜基因是独一无二的。基因组没有显示广泛的全基因组重复和促使其他开花植物物种多样化的迹象。

菠菜的简史

菠菜是一种野生亲缘的遗传分离,菠菜turkestanica ,和这两个物种的祖先是菠菜tetrandra ,相对10倍以上的基因多样性。一个更远的祖先是芥菜, Arabidopsis thaliana ,植物遗传学家的实验室宠儿。大约三千八百四十万年前菠菜甜菜发生了大的分歧,菠菜在一百五十万年前以某种方式获得了所有这些跳跃基因。

最近进入人性。

菠菜在波斯(伊朗)只有2000多年前被驯化,公元600年左右被带到中国,公元1100年左右到北非和西班牙。菠菜通过欧洲蔓延,最终与早期的殖民者来到北美。人们选择自己喜欢的叶子大小和形状,产量和开花特征,逐渐形成一个真正没有太大变化的绿色。

选择的迹象

研究人员针对“选择性扫描”的迹象进行基因组探索 - 突变改变了基因编码的蛋白质的氨基酸序列。这样做的突变 - 例如,TGA到CGA的DNA三联体将会将相应的氨基酸苏氨酸改变成丙氨酸 - 可以最终影响进化,如果它改变蛋白质的方式使生物体具有生殖优势。相比之下,TGA到TGT,TGG或TGC的变化仍然编码苏氨酸,因此不影响性状,因此不受自然或人为选择。 (尽管许多媒体误报了“人类遗传密码”,但所有的物种都使用相同的遗传密码。)

无论如何,即使菠菜没有将其染色体与其他植物的染色体混杂在一起,其基因组确实包含了93个区域,包含了261个基因,表明“驯化扫描”的积极选择,反映了人性的触摸。一些选定的基因影响叶片数量和茎长。更重要的是编码提供抗病性的蛋白质的193个基因,其有趣地影响Toll样和白细胞介素受体,这也是我们也有的。一些新鉴定的菠菜基因可能提出了防止植物主要病原体霜霉病的方法。又名“晚疫病”,这种感染破坏了加州菠菜作物,最近在纽约州出现。在菠菜中选择的其他基因与涉及糖代谢的酶岩藻糖苷酶有关,也许预示着与旧的甜菜亲缘关系的分歧。该基因有一个引人注目的名字AtFUC1,以纪念相关的 Arabidopsis thaliana (At)。

这些日子,大家都心中有这么多的政治,我忍不住想起菠菜的故事传递了一个信息:有时候,事情就是这样。 “我们能相信的变化”和“再做菠菜”不适用于 Spinacia oleracea

来源:PLOS每个人

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