王燦，王艷芳，張應(yīng)華，許俊強*

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 云南省滇臺特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化工程研究中心，云南 昆明 650201；2.云南省文山州農(nóng)業(yè)科學(xué)院，云南 文山663000)

1995年，第一株流感嗜血桿菌(HaemophilusinfluenzaeRd KW20)全完整基因組基因測序圖譜并組裝[1]，由此，細(xì)菌全基因組測序開始興起.隨后，詹氏甲燒球菌(Methanoccusjannaschii)[2]、大腸桿菌K-12(EscherichiacoliK-12)[3]等細(xì)菌的全基因組相繼被測序.2005年，微生物泛基因組概念[4](Pan-genome)由Tettelin提出.泛基因組研究不僅可以全面對某一物種內(nèi)遺傳多樣性進(jìn)行研究分析，而且可以探究不同個體間的進(jìn)化關(guān)系[5-6].在微生物方面還可以對菌種進(jìn)化、適應(yīng)性及群體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析，同時，在重要毒力因子發(fā)現(xiàn)、新疫苗設(shè)計等方面也有巨大的挖掘潛力和應(yīng)用價值[7-9].2009年，Li等[10]初次采用全新基因組組裝方法對多個人類個體基因組進(jìn)行拼接，發(fā)現(xiàn)了個體中獨有的DNA序列和功能基因，并首次提出了“人類泛基因組”的概念；2013年泛基因組測序開始應(yīng)用于動植物研究領(lǐng)域，目前泛基因組研究中已涉及細(xì)菌、真菌、病毒、動物、植物、人類等.因此，泛基因組學(xué)越來越成為研究的熱點.

1 泛基因組學(xué)基本概念

泛基因組是對某一物種全部基因的總稱，由核心基因組、非必須基因組及特異性基因組組成[11-12].核心基因組指在所有株系中都存在的基因[13]；非必須基因組是指僅在部分株系中存在的基因[5，14]；特異性基因組指僅在某一個株系存在的基因[15-16]，如圖1所示.

圖1 泛基因組組成Fig.1 Pan-genome composition

核心基因組中大多數(shù)是必須基因和信息基因，由所有樣本中共同擁有的序列組成，一般與物種生物學(xué)功能和主要表型特征相關(guān)，負(fù)責(zé)該物種基本生物學(xué)功能和主要的表型特征，如核孔的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運、基因的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯，反映了物種的穩(wěn)定性[13，17-18]；非必須基因不是所有株系中共有的基因，它由僅在單個樣本或部分樣本中存在的序列組成，它體現(xiàn)了株系間的差異性和多樣性，反映了物種的特性，具有選擇優(yōu)勢，如對特定環(huán)境的適應(yīng)性、抗生素抗藥性和對新寄主的寄生性等[4，13，19]；特異性基因是僅在某一個株系中所特有的基因[4].

隨著測序的基因組數(shù)目增加，物種的泛基因組大小增加到一定程度后收斂于某一值，并且完全足夠描述這一物種，稱為閉合型泛基因組(Close Pan-genome).例如，對8株獨立的炭疽芽孢桿菌(Bacillusanthracis)研究發(fā)現(xiàn)，在測序了4個基因組之后，泛基因組大小收斂于某一值[4].反之，某些物種隨著測序基因組數(shù)目的增加，物種的泛基因組大小也不斷增加，這些物種的泛基因組則稱為開放型泛基因組(Open Pan-genome).測序了8個鏈球菌(Group BStreptococcus)菌株，其泛基因組包含2 713個基因，其中有1 086個核心基因和907個非必須基因，平均每測序一個基因組，其泛基因組集合增加33個新基因[15].分析5個釀膿鏈球菌(Streptococcuspyogenes)菌株中也發(fā)現(xiàn)類似的情況，每測序一個基因組，泛基因組集合增加27個新基因[15].

2 泛基因組在植物研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 大豆

邱麗娟等[12]對7份代表性野生大豆(中國北方、黃淮、南方和東北地區(qū)、日本、韓國和俄羅斯)進(jìn)行測序與獨立DeNovo組裝，構(gòu)建了大豆泛基因組.結(jié)果發(fā)現(xiàn)野生大豆中約48.6%為核心基因，51.4%為非核心基因，主要與野生大豆抗耐性和非生物逆境相關(guān)，決定著野生大豆對環(huán)境的適應(yīng)性，這為作物改良，導(dǎo)入栽培大豆提供了候選基因.

2.2 花生

花生是我國重要的經(jīng)濟作物，是生產(chǎn)食用植物油的原料.為破譯異源四倍體野生花生基因組，殷冬梅等[20]對1個異源四倍體野生花生(Arachismonticola)進(jìn)行基因組組裝，采用單分子實時測序(Single Molecule Real Time，SMRT)得到高質(zhì)量野生花生參考基因組，大小為2.62 Gb.研究員對其基因組進(jìn)行區(qū)分得到兩個亞基因組，并與祖先A.duranensis和A.ipaensis基因組比對，發(fā)現(xiàn)野生花生(A.monticola)的兩個亞基因組與其分別對應(yīng)的祖先基因組大小相近，這為后續(xù)的研究打下了堅實的基礎(chǔ).栽培花生(A.hypogaeaLinn)，異源四倍體植物(AABB)具有兩個亞基因組，是兩個野生花生物種(A.duranensis和A.ipaensis)的自然雜種.Bertioli等[21]對其二倍體祖先花生A.duranensis和A.ipaensis基因組測序，分別得到1 211 Mb和1 512 Mb基因組，并發(fā)現(xiàn)它們兩個的基因組與栽培花生(A.hypogaeaLinn)的A和B兩個亞基因組序列極其相近，覆蓋了其基因組的96%.因此可以對鑒定抗病基因、栽培花生轉(zhuǎn)錄組組裝以及研究栽培花生A和B兩個亞基因組的遺傳重組等重要問題提供幫助，為選育高產(chǎn)、適應(yīng)性強、抗病蟲害、抗逆境的花生品種奠定基礎(chǔ).同時其基因組的破譯也對了解花生屬及豆科作物進(jìn)化提供了重要的科學(xué)參考價值，為促進(jìn)花生以及其他油料作物的功能基因組學(xué)發(fā)展奠定基礎(chǔ).

2.3 水稻

張建偉等[22]對代表秈稻亞種的兩個主要品種群，珍汕97和明恢63進(jìn)行了基因組測序.找到了兩個秈稻亞種間各自特異的基因及相同的基因，為研究水稻的遺傳多樣性，及一系列農(nóng)業(yè)性狀解讀提供分子基礎(chǔ).黃學(xué)輝等[23]和Stein等[24]分別對66個水稻材料的泛基因組數(shù)據(jù)和13個水稻品種的基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：在水稻各材料基因組中存在廣泛的插入與缺失，轉(zhuǎn)座子(Transposable Element，TE)的選擇性擴增和缺失在其中起著關(guān)鍵的作用.該泛基因組數(shù)據(jù)將會進(jìn)一步為水稻的進(jìn)化功能研究和復(fù)雜性狀潛在的目標(biāo)位點精確定位提供參考.

2.4 辣椒

Kim等[25]報道了2個馴化品種辣椒(Capsicumbaccatum和C.chinense)的基因組圖譜，并對已測序的辣椒(C.annuum)基因組進(jìn)行了優(yōu)化.對比分析3種辣椒基因組發(fā)現(xiàn)，在染色體3、5、9中有涉及易位的動態(tài)基因組重排.通過不同辣椒基因組的長末端重復(fù)序列反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(Long Terminal Repeat-Retrotransposons，LTR-Rs)插入模式的研究，發(fā)現(xiàn)在基因組中有特定LTR-Rs的積累，以及LTR-Rs對新候選基因產(chǎn)生和辣椒基因組的多樣化起到促進(jìn)作用.通過對基因和重復(fù)序列進(jìn)行比對后發(fā)現(xiàn)，加倍的核苷酸結(jié)合和富含亮氨酸的重復(fù)序列(Nucleotide-binding and Leucine-rich-Repeat，NLR)抗病基因家族基因在被子植物中廣泛存在.指出辣椒基因組中具有大量NLRs(包括功能性抗病基因)，LTR-R驅(qū)動的逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制在其中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，同時也表明了至少有5%～18%的植物NLRs是由LTR-R驅(qū)動的逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制產(chǎn)生的.此外，歐立軍等[26]為研究辣椒種內(nèi)的基因存在-缺失變異(Presence-Absence Variation，PAV)對不同種之間的性狀差異影響.通過對383份辣椒材料進(jìn)行Denovo測序和與C.annuumL.栽培品種Zunla-1基因組的比對建立了辣椒的泛基因組；同時利用PAV結(jié)果對全基因組關(guān)聯(lián)分析(Genome-wide association study，GWAS)和基因組進(jìn)化分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在果實呈現(xiàn)黃色或橙色的辣椒中辣椒紅素合成酶Ccs(Capsanthin/capsorubin synthase)基因附近區(qū)域有明顯缺失；另外在(Pun1)region內(nèi)及其附近有基因缺失的辣椒，其果實中辣椒素含量明顯下降.該研究成果不僅揭示了辣椒種間基因組遺傳變異的多樣性，同時也為基因PAV在對基因組進(jìn)化分析和基因組關(guān)聯(lián)研究中奠定了基礎(chǔ)和提供了見解.

2.5 南瓜

Sun等[27]通過對2種南瓜(Cucurbitamaxima和C.moschata)基因組進(jìn)行DeNovo組裝，得到高質(zhì)量基因組序列271.4 Mb和269.9 Mb.測序結(jié)果表明在基因組序列中40%以上為重復(fù)序列，在這些重復(fù)序列中，C.maxima中的69.9%和C.moschata中的62.9%被注釋為長末端重復(fù)序列(Long Terminal Repeat，LTR).根據(jù)貝寧部落(Benincaseaetribe)中甜瓜、黃瓜和西瓜中不同遺傳距離(Genetic distance)將基因組分成兩個同源亞基因組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這兩個亞基因組保留了相似數(shù)量的基因，這為南瓜中異源四倍體化事件提供了證據(jù)，同時也提供了多倍體基因組進(jìn)化的見解和葫蘆科作物遺傳改良的寶貴資源.

2.6 煙草

Xu等[28]對2種野生煙草Nicotianaattenuata(2.5 Gb)和N.obtusifolia(1.5 Gb)的基因組進(jìn)行了測序和組裝，并將基因組進(jìn)化與煙草中防御代謝物-尼古丁的兩種合成途(多胺和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)聯(lián)系起來.揭示了在茄科全基因組三倍化事件(Whole Genome Triplication，WGT)后，一系列快速擴增的轉(zhuǎn)座因子(TE)導(dǎo)致其基因組膨脹，促進(jìn)了重復(fù)基因之間的表達(dá)差異，同時也揭示了煙草誘導(dǎo)的信號傳導(dǎo)和防御的進(jìn)化，為TE和基因重復(fù)促進(jìn)與植物健康相關(guān)的關(guān)鍵代謝創(chuàng)新的出現(xiàn)提供了依據(jù)，同時進(jìn)一步表明基因重復(fù)和轉(zhuǎn)座因子的插入在某些特定的代謝生物合成途徑進(jìn)化中相互作用的重要性.

2.7 向日葵

向日葵(HelianthusannuusL.)是菊科向日葵屬，原產(chǎn)于南美洲，中國、歐洲、北美洲均有分布，是一種能在干旱條件下保持穩(wěn)產(chǎn)的油料作物.Badouin等[29]采用PacBio RS II測序平臺SMRT測序得到大小為3 Gb的基因組，發(fā)現(xiàn)超過四分之三的向日葵基因組由長末端重復(fù)序列反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子 LTR-RTs組成，同時研究者將向日葵、生菜、朝鮮薊、咖啡和外群物種葡萄進(jìn)行比對分析，表明向日葵、朝鮮薊、生菜都經(jīng)歷了一次全基因組三倍化事件(WGT)另外向日葵又經(jīng)歷特異性的全基因組復(fù)制，最終形成17條染色體組.Hübner等[30]對栽培種品系287個、美國原地方品種17個、野生近緣種189個共493份向日葵種質(zhì)資源進(jìn)行測序.結(jié)果得到61 205個基因，發(fā)現(xiàn)其中大約10%的泛基因組是通過從野生向日葵物種基因滲入得到的，進(jìn)一步基因功能分析得到這一部分基因與增強抗病性有關(guān).同時研究結(jié)果也再一次表明野生近緣種基因的滲入有助于改善栽培品種的抗逆性并增加基因多樣性，為未來改善向日葵抗逆性和產(chǎn)油量的研究提供幫助.

2.8 矮牽牛

矮牽牛(Petuniahybrida)是第一個在其中發(fā)現(xiàn)RNAi(RNA interference)的物種.商品化的矮牽牛是兩種野生矮牽牛親本的雜交后代，分別為花色白色且由蛾類昆蟲授粉的腋葉矮牽牛(P.axillaris)和花色紫色且由蜜蜂授粉的紫矮牽牛(P.inflata).Bombarely等[31]分別對這兩個野生親本進(jìn)行了基因組測序，并獲得P.axillaris高質(zhì)量的基因組序列為1.26 Gb、P.inflata為1.29 Gb.這將提高矮牽牛作為一個模式系統(tǒng)的價值，以進(jìn)一步研究獨特的生物現(xiàn)象，比如花色、花香、內(nèi)源病毒、生物鐘、重復(fù)序列、微小RNA、自交不親和等.

2.9 黃麻

Islam等[32]通過對2種商用種植黃麻(Corchorusolitorius和C.capsularis)組裝對比，總共鑒定了37 031個C.olitorius和30 096個C.capsularis的基因.結(jié)果表明，兩種黃麻基因重復(fù)的基因往往偏向于參與對環(huán)境刺激的反應(yīng).同時，發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)174個(53%)C.olitorius和216個(63%)C.capsularis基因在bre細(xì)胞[經(jīng)歷次生細(xì)胞壁(SCW)沉積的細(xì)長細(xì)胞]和幼苗中顯著表達(dá)，揭示了調(diào)控纖維生成的關(guān)鍵基因.

2.10 甘藍(lán)

在農(nóng)業(yè)中甘藍(lán)是一種重要的二倍體植物，如羽衣甘藍(lán)、西蘭花等常見園藝作物均包括其中.因為甘藍(lán)基因組存在結(jié)構(gòu)變異：存在-缺失變異(PAV)和拷貝數(shù)變異(Copy Number Variation，CNV)目前無法從參考序列中準(zhǔn)確獲得所有的基因信息，從而導(dǎo)致其基因組會缺失一些重要的農(nóng)藝性狀基因，造成關(guān)聯(lián)性分析難以進(jìn)行[33].Golicz等[34]通過對9種甘藍(lán)品種和一種野生型近緣蕓薹屬物種Brassicamacrocarpa進(jìn)行基因組測序分析.結(jié)果顯示甘藍(lán)基因組中，81.3%為核心基因，非必需基因約占18.7%.同時發(fā)現(xiàn)大量特有PAV存在于B.macrocarpa中，表明在馴化改良過程中甘藍(lán)出現(xiàn)了基因丟失的情況.此外將蕓薹屬作物與更廣泛的物種基因庫相比較，發(fā)現(xiàn)其等位基因集合有所局限，這可能是由于PAV和CNV導(dǎo)致的.因此，如果能夠與更廣泛的物種雜交，可以使蕓薹屬物種獲得一些新的基因，這些新基因的出現(xiàn)有助于增加其物種的多樣性和保持雜種優(yōu)勢.

2.11 油菜

Chalhoub等[35]對甘藍(lán)型油菜(B.napuscultivar Darmor-bzh)的純合子進(jìn)行了全基因組測序，得到了8 497 Mb的基因組草圖，通過SNP(Single Nucleotide Polymorphisms)遺傳圖譜分析，將84%的基因錨定到了19條假定染色體上，其中10條亞基因組An來自甘藍(lán)基因組，另外9條亞基因組Cn來源于蕓薹基因組.另外發(fā)現(xiàn)基因組中轉(zhuǎn)座子(TEs)所占比例為34.8%，且兩個亞基因組中TEs分布比例不相同.同時通過該研究闡明了甘藍(lán)型油菜基因組AnCn的進(jìn)化歷程及在對其選育過程中，能夠適應(yīng)氣候、緯度等性狀變化的機理進(jìn)行了解析.Bayer等[36]在對兩個栽培品種油菜(B.napuscultivar Darmor-bzh和B.napuscultivar Tapidor)基因進(jìn)行DeNovo組裝、注釋，分別得到1 345 Mb和1 335 Mb.并鑒定了每個品種獨有的基因和共同的基因，結(jié)果表明B.napuscultivar Darmor-bzh的基因組與B.napuscultivar Tapidor相比含有更多的基因，有73個基因是后者所沒有的，同時也證明了使用共同的注釋管道可以導(dǎo)致不同的基因預(yù)測，具有重復(fù)結(jié)構(gòu)域的基因可能會崩潰，從而低估基因拷貝數(shù).綜上研究不僅為甘藍(lán)型油菜基因組的解讀提供了新的見解，同時也為蕓薹屬物種基因組進(jìn)化與改良提供有用的資源.

2.12 蘿卜

蘿卜(RaphanussativusL.)同甘藍(lán)一樣屬十字花科，是主要園藝作物之一，由于其基因組經(jīng)歷了重組、變異等，很難根據(jù)現(xiàn)已報道的甘藍(lán)基因組序列進(jìn)行功能性分析.Kitashiba等[37]通過高通量測序獲得了一株蘿卜F2自交系(其親本分別為‘Sayatori 26704’和‘Aokubi S-h’)植株的全基因組草圖并預(yù)測出61 572個基因，其與白菜B.rapa基因組相近，而比擬南芥Arabidopsisthaliana基因組大.同時與另外4個近緣種(擬南芥A.thaliana、白菜B.rapa、甘藍(lán)B.oleracea和野蘿卜R.raphanistrum)一起進(jìn)行基因家族分析，得到蘿卜家族基因24 188個，其中有8 759個為蘿卜特有的基因家族，另外有6 110個為5個物種共有家族基因.蘿卜特有基因家族所占比例為36.2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于白菜的15.6%和擬南芥的16.2%，表明蘿卜具有更多的特有序列及更豐富的多樣性，同時也為研究十字花科作物基因的起源、進(jìn)化、分歧時間、亞基因組之間的互作關(guān)系提供參考，另外對挖掘功能基因、改良性狀也做出了顯著貢獻(xiàn).

2.13 白菜

Conant等[38]對中國大白菜(B.rapaaccession Chiifu-401-42)進(jìn)行基因組測序，注釋了約4 000個基因，總長為283.8 Mb.結(jié)果表明：反轉(zhuǎn)座子、轉(zhuǎn)座子和長散在重復(fù)序列(Long Interspersed Nuclear Elements，LINE)分別為27.1%、3.2%和2.8%，大部分存在于著絲粒附近.通過對比擬南芥A.thaliana發(fā)現(xiàn)受轉(zhuǎn)座子TE影響，白菜與擬南芥遺傳距離較大，白菜基因組存在大量基因丟失情況，其亞基因組LF、MF1和MF2均有不同程度的丟失.白菜基因組是研究基因組多倍化較好的模型(全基因組三倍化，WGT)，該研究為白菜屬植物的遺傳研究和十字花科作物優(yōu)良基因選育提供了重要的參考.

2.14 菠菜

Xu等[39]通過對9個菠菜(SpinaciaoleraceaL.)種質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序.共生成了大約1億個高質(zhì)量的堿基對，并將這些堿基對從頭組裝成72 151個單基因，總長度為46.5 Mb.通過比較這些單基因與不同蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫的序列，其中近60%被注釋，并預(yù)測了387個代謝途徑.同時在栽培種和野生種之間發(fā)現(xiàn)了大量參與生物脅迫和非生物脅迫反應(yīng)的差異表達(dá)基因，這一發(fā)現(xiàn)為農(nóng)業(yè)性狀改良提供了寶貴資源.

2.15 玉米

玉米作為一種具有高度基因組多態(tài)性及雜種優(yōu)勢顯著的重要作物，單個個體的參考基因組是不夠的，因此泛基因組對提高基因組覆蓋度具有重要的意義.簡銀巧等[40]對溫帶玉米自交系B73基因組進(jìn)行補充、優(yōu)化、注釋，同時對79份溫?zé)釒в衩鬃越幌抵匦聹y序，對其中31份熱帶玉米自交系進(jìn)行三代轉(zhuǎn)錄組混池測序，通過與參考序列注釋比對得到16 121個已知注釋基因、2 991個未知功能基因和944個融合基因.結(jié)果表明，熱帶與溫帶玉米自交系之間的基因組大小存在明顯差異，并發(fā)現(xiàn)其基因組大小均與玉米開花顯著關(guān)聯(lián).Sun等[41]通過對應(yīng)雄性代謝株系Mo17進(jìn)行組裝得到2 183 Mb基因組，其中約96.4%序列都集中在10個假染色體上，同時有38 620個蛋白編碼基因被準(zhǔn)確注釋.并對B73和Mo17基因組進(jìn)行比對分析，發(fā)現(xiàn)兩個基因組之間存在基因結(jié)構(gòu)變異和基因突變，這可能是導(dǎo)致兩個自交系之間出現(xiàn)相當(dāng)大的蛋白質(zhì)差異原因之一.Springer等[42]通過對W22基因組進(jìn)行DeNovo測序組裝，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與B73基因組相比，W22存在顯著的結(jié)構(gòu)異質(zhì)性，如轉(zhuǎn)座子組成、拷貝數(shù)變異及單核苷酸多樣性.以上研究為玉米泛基因組的構(gòu)建、基因組的演化、功能基因的研究和育種提供了參考.

2.16 楊樹

Pinosio等[43]通過對3個異交楊樹全基因組結(jié)構(gòu)變異的分析對比，結(jié)果檢測到有3 230個基因受到CNV的影響.7 889個缺失和10 586個插入，覆蓋了大約33.2 Mb和62.9 Mb 的基因序列.插入缺失標(biāo)記(Insertion-deletion，In Del)更多的位于低密度基因區(qū)，并且與TE的活動有關(guān)，對于受 In Del 影響的基因進(jìn)行功能注釋，結(jié)果表明與抗逆性和抗病性有關(guān)的分類較多，同時也說明轉(zhuǎn)座子TE的插入對生物性狀有顯著影響.

2.17 芝麻

Yu等[44]組裝了5個芝麻品種的基因組，得到了一個大小為554.05 Mb的芝麻泛基因組.這個泛基因組共有26 472個直系同源基因簇，15 409個核心基因簇(58.21%)，其余的11 063個為非核心基因簇(41.79%).現(xiàn)代栽培品種中，中國和印度的品種之間存在著顯著的基因差異，其特異性基因主要包括與產(chǎn)量、品質(zhì)相關(guān)的基因，而在地方的品種中主要是與環(huán)境適應(yīng)性相關(guān)基因.同時揭示了參與植物—病原菌互作、脂類代謝的快速進(jìn)化和正向選擇基因可能與改善芝麻環(huán)境適應(yīng)性和高油脂積累有關(guān).

2.18 小麥

小麥(TriticumaestivumL.)作為三大糧食作物之一，其六倍體及龐大的基因組為基因組裝、分子育種工作帶來了極大的挑戰(zhàn).Montenegro等[45]通過對中國小麥品種(Chinese Spring)的基因進(jìn)行組裝測序，并與之前公布的18個小麥的測序數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，將沒有比對上的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、組裝和注釋，得到了21 653個基因，此外，研究者還將每個品種小麥基因序列與其泛基因組進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)19個小麥都包含的核心基因約為81 070個，同時發(fā)現(xiàn)有245個基因是中國小麥品種(Chinese Spring)獨有，其它18個小麥中有但在Chinese Spring中沒有的基因為12 150個，對非必需基因進(jìn)行功能富集分析表明其主要與逆境脅迫和防御反應(yīng)機制有關(guān).國際小麥基因組測序聯(lián)盟(International Wheat Genome Sequencing Consortium，IWGSC)[46]報道了一個帶有21條染色體的六倍體小麥品種(Chinese Spring)基因組，大小為14.5 Gb.并與3個亞基因組A、B、D的基因及tRNA、TE、microRNA進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)雖然經(jīng)歷了存在-缺失變異(PAV)后3個亞基因組中TE含量不同，但卻具有相似的占比例.同時通過提供一個代表小麥發(fā)育主要階段的轉(zhuǎn)錄組圖譜，和已知農(nóng)藝性狀質(zhì)量或數(shù)量性狀的分析，揭示了參與環(huán)境適應(yīng)和小麥品質(zhì)形成的復(fù)雜基因家族的動態(tài)變化，這為加快小麥生物學(xué)和基因組學(xué)輔助育種的研究和應(yīng)用提供了新的見解，同時也豐富了可能與重要農(nóng)藝性狀相關(guān)的基因，為作物的基因組改良奠定了基礎(chǔ).

2.19 番茄

番茄作為全球消費量最大的蔬菜之一，其泛基因組的構(gòu)建對未來番茄分子育種、挖掘新的性狀起到了至關(guān)重要的作用.高磊等[47]通過對725個栽培番茄和野生番茄的基因進(jìn)行組裝，其中栽培番茄分別為372個SLL(Solanum.lycopersicumvar.lycopersicum)及267 個SLC(S.lycopersicumvar.cerasiforme)；近親屬78個SP(S.pimpinellifolium)和8個SCG(S.cheesmaniaeandS.galapagense).結(jié)果表明有4 873個基因是參考基因組中不存在的，并發(fā)現(xiàn)了一種影響水果風(fēng)味的等位基因TomLoxC，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)野生番茄中91.2%的SP有TomLoxC等位基因的存在，但在較老的馴化番茄中SLL只存在2.2%.另外在基因組比對中發(fā)現(xiàn)野生番茄具有更多的基因，從另一個角度表明在番茄的馴化和改良過程中，部分基因丟失的趨勢.該研究報告不僅為番茄泛基因組構(gòu)建提供了新的基因，為番茄品質(zhì)改良帶來了新的資源；同時也表明在現(xiàn)代番茄育種中，品質(zhì)風(fēng)味特性往往被忽略，而將育種目標(biāo)較多的集中到對生物及非生物脅迫的抗性、耐儲存和高產(chǎn)中，從而導(dǎo)致部分基因丟失，遺傳多樣性減少.

3 展望

隨著測序技術(shù)的高速發(fā)展，更廣泛的物種基因組將會被逐漸測序，人們也意識到單個個體的基因組并不足以代表整個物種基因多樣性.因此，對泛基因組學(xué)的研究，不僅可以全面地從基因組水平分析物種內(nèi)遺傳多樣性，探究個體間的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系和表型差異的遺傳基礎(chǔ)[11，48]，而且可以對多個物種、亞種的基因組進(jìn)行比對分析，挖掘其特有基因和變異位點，為研究物種的起源及演化等重要生物學(xué)問題提供依據(jù)，并為功能基因研究、科學(xué)育種提供指導(dǎo).此外，通過研究物種泛基因組研究者意識到：某些作物在馴化和改良的過程中，由于過多的將育種目標(biāo)集中到高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗逆境等方面，一些如品質(zhì)風(fēng)味、顏色等觀感性狀被忽略，使一些相關(guān)基因負(fù)向選擇導(dǎo)致基因的遺失和多樣性的減少.最后泛基因組研究還可運用于對不同生態(tài)地理類型中差異較大的種質(zhì)資源進(jìn)行基因組測序，挖掘物種中新的基因，為候選基因的補充、物種多樣性及適應(yīng)性進(jìn)化、起源經(jīng)歷和外來物種入侵性等問題的研究提供幫助.

目前，泛基因組研究已在各個領(lǐng)域得到充分的發(fā)揮與應(yīng)用，但是由于龐大的基因信息和測序深度的局限性，即使就目前的基因測序速度而言，也是超出了目前現(xiàn)有的分析能力.因此更新現(xiàn)有技術(shù)和方法將給泛基因組學(xué)研究帶來新的突破，泛基因組學(xué)在植物中的研究應(yīng)用將會成為熱點.