研究人員完成了 Frantoio 和 Leccino 基因組圖譜繪製

摘要

一個國際研究團隊繪製了萊奇諾（Leccino）和弗朗托約（Frantoio）橄欖樹品種的完整基因組圖譜，為理解橄欖樹遺傳學以及培育更具抗氣候變化韌性的樹種提供了寶貴資訊。透過比較這兩個品種的基因組，研究人員旨在識別與壓力反應相關的基因，並可能利用基因編輯技術來增強諸如耐鹽性等特性。這項基因組研究有望徹底改變橄欖樹種植業，為面臨地中海氣候挑戰的種植者提供更有效率、更具創新性的解決方案。

一個國際研究小組繪製了萊奇諾 (Leccino) 和弗蘭托約 (Frantoio) 橄欖樹品種的完整基因組圖譜。

目前，這兩種義大利本土品種已在數十個國家種植，對這兩種品種進行基因組圖譜繪製將使研究人員能夠對它們進行比較，並為更深入地了解橄欖樹遺傳學鋪平道路。

“在次 氣候變化「更多地了解橄欖樹的基因組意味著更多地了解這些樹木如何應對重大的、有時是新的環境壓力，」盧卡·塞巴斯蒂亞尼說。 

這項研究的協調員，同時也是比薩聖安娜高等學校的園藝科學教授，告訴 Olive Oil Times 基因組學可以使地中海盆地的橄欖樹更具彈性。

“為了適應氣候變化，我們需要 抗性基因型以及合適的農藝技術，」塞巴斯蒂亞尼說。 “如果缺水，不僅需要灌溉，還需要培育高效利用水的品種。此外，還存在以下挑戰： 更高的溫度、新的病原體敏感性和昆蟲侵襲。 」 

“基因圖譜是可以讓我們更快找到解決方案的工具之一，」他補充道。

雖然橄欖樹基因編輯仍處於起步階段，但比較兩個品種的基因組可以比傳統的育種計劃更快地培育出更具彈性的樹木。 

Frantoio 和 Leccino 均在科學文獻中詳細記錄，它們在應對環境壓力時的行為也是如此。

“它們對乾旱和鹽分等壓力的反應是非常有趣的模型，因為 Frantoio 的耐受性較強，而 Leccino 的耐受性較差，」塞巴斯蒂亞尼說。

“我們多年來一直致力於解釋這種差異背後的機制，但如果沒有基因組數據，就很難完全了解哪些基因可能與此有關，」他補充道。

“測序讓我們能夠掌握詞彙，從而了解這兩個品種的不同之處，」塞巴斯蒂亞尼指出。

根據研究人員介紹，透過傳統育種來選擇橄欖品種的常見做法非常耗時，而且並不總是能產生最好的結果。

在他們的 紙，研究人員指出，結果好壞參半，因為 “「基因位置和結構的精確分子資訊在很大程度上缺失。」科學家花了兩年多的時間才完成這張圖譜。 

“「我們之所以能做到這一點，要感謝義大利國家復甦和復原力計畫的資金，也感謝我們是一個相當大的團體，」塞巴斯蒂亞尼說，他的團隊還包括來自亞利桑那大學和沙烏地阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學的同事。

在兩個品種中都發現了高比例的長末端重複序列，顯示它們的基因組具有顯著的相似性。

重複的 DNA 序列不是隨機的，因為它們是由演化形成的，並且可能發揮重要作用，例如幫助維持基因組的穩定性和完整性。

“我們還不太清楚基因組的不同部分是如何相互作用的，」塞巴斯蒂亞尼說。 “現在我們掌握了不同品種的這些信息，我們就可以開始看到這些差異，這可以幫助我們在未來幾年更好地了解該物種。 」 

他將研究人員在繪製兩個品種的基因組圖譜時面臨的挑戰比喻為完成一塊拼圖，其中一半的碎片是晴朗的藍天。

“在這種情況下，將拼圖碎片連接起來比呈現許多變化的拼圖要複雜得多，」他說。 “這對橄欖來說是一個問題，因為我們有許多高度重複的區域。 」 

確定基因組中基因的位置是將原始 DNA 序列轉化為實際知識的基礎，它可以幫助研究人員將基因與特定性狀聯繫起來，例如產量， 油成分， 或抵抗病蟲害。 

這些知識加速了育種計劃，以有針對性的方法取代緩慢的隨機選擇。 

基因位置也揭示了它們如何被調控和相互作用，為適應和馴化提供了見解。 

對於橄欖來說，精確的地圖使科學家能夠比較栽培品種、追蹤演化變化，並設計精準工具（如標記輔助育種或基因編輯）來開發更有彈性和更高品質的品種。

“只有當你擁有對非常大的片段進行排序的技術時，才能進行這種高品質的映射，這使得它變得更容易，」塞巴斯蒂亞尼說。

“「多年來，技術已經有了巨大的進步，」他補充道。 “如今我們有了 PacBio，它可以對更長的 DNA 片段進行定序，這在以前是不可能的。 」

在 壓力狀態，例如由 土壤鹽分 或乾旱，可能只有少數基因參與，在 這兩個品種。

“基因結構的微小差異，甚至是調節基因功能啟動子區域的微小差異，都可能導致基因完全不起作用，或者活性降低，或者活性升高，」塞巴斯蒂亞尼說。

他補充說，識別和理解差異至關重要。

“如果我了解到與某種壓力有關的基因在 Frantoio 中具有一種結構，而在 Leccino 中具有另一種結構，並且該基因在 Frantoio 中運行得更好而在 Leccino 中運行得更差，那麼我也可以使用基因表達分析技術，通過 RNA 測序或其他技術，來查看這種結構變異是否會影響活動，」塞巴斯蒂亞尼說。

“如果我發現確實如此，我們現在也可以進行基因編輯，」他補充道。 “在橄欖中，它還不是很有效，但我可以重寫 Leccino 基因來模仿 Frantoio 基因的形式，轉移該訊息，使其以不同的方式發揮作用。 」

然而，塞巴斯蒂亞尼解釋說，與其他物種相比，橄欖樹基因編輯研究仍處於早期實驗階段。 

“我和我的團隊也研究楊樹（35 種柳樹屬），」塞巴斯蒂亞尼說。 “在楊樹上，我們已經可以做到了。但在橄欖樹上，問題仍然是這些編輯技術的轉化困難；這可能需要數年時間。

儘管基因編輯技術取得了快速進步，但塞巴斯蒂亞尼承認，無法估計這可能需要多長時間。 

不過，他預期基因組學和相關技術的快速發展可能會在與以前的方法相比相對較短的時間內產生影響。

“「如今，即使使用傳統技術，並輔以分子生物學，如果我要將Leccino和Frantoio雜交以轉移耐鹽性，也必須等到植物長大後才能進行測試。這需要很長時間，」他說。

“如果我直接尋找基因結構，我已經可以用基因組學或其他技術來追蹤它，」塞巴斯蒂亞尼補充道。 “今天我甚至可以以較低的成本對整個基因組進行測序，而且由於我已經有了參考基因組，我可以準確地知道該基因在哪裡以及處於什麼位置。 」

“我可以服用萊奇諾，因為我知道有兩三個基因可以增加耐受性，所以我只修改這些基因，」他指出。 “如果一切順利，透過編輯，一兩年內就能在實驗室完成。這將是一大進步。

基因組學和橄欖樹基因圖譜可以為橄欖樹種植的新方法鋪平道路。 

雖然傳統農業通常涉及百年歷史的橄欖園，但在地中海氣候越來越熱、越來越乾燥的背景下，種植基因編輯橄欖品種的新橄欖園可能對支持生產至關重要。

“這些新知識可以轉化為種植者的生產力、創新和解決方案的變化，」塞巴斯蒂亞尼說。 

研究小組將利用新的基因組資訊來更深入地了解兩個品種在應對鹽脅迫方面的差異。 

“如果可能的話，我們還計劃對更多我們感興趣的品種進行測序，以了解它們對包括污染物在內的其他壓力的反應，」塞巴斯蒂亞尼總結道。 “我們肯定會利用基因組學來更好地理解機制。 」