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人類種了6000年的作物有了染色體級(jí)別基因組
作者：李晨 來源：中國科學(xué)報(bào)
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大麻又名火麻、漢麻、線麻等，籽用大麻在食品、醫(yī)藥、紡織、造紙等多個(gè)領(lǐng)域被廣泛使用，是一種重要的工業(yè)原料。
9月15日，福建農(nóng)林大學(xué)麻類研究室聯(lián)合該校基因組與生物技術(shù)中心在《植物通訊》（Plant Communications）上發(fā)表了首個(gè)染色體級(jí)別的籽用大麻參考基因組圖譜。他們?cè)诖嘶�礎(chǔ)上解析了種子中脂肪酸和維生素E合成途徑關(guān)鍵基因的作用，為籽用大麻的功能基因驗(yàn)證和分子設(shè)計(jì)定向育種提供重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。 
最古老的栽培經(jīng)濟(jì)作物
大麻（Cannabis sativaL.）為大麻科、大麻屬一年生草本植物。它是一種二倍體（2n=20）植物，由9條常染色體和一對(duì)性染色體組成。
大麻栽培歷史悠久，是世界上最古老的栽培經(jīng)濟(jì)作物之一。我國是世界上最古老的漢麻生產(chǎn)國和起源地之一，根據(jù)記載已有6000多年的歷史。目前，大麻主要分布在亞洲及歐洲等地。
根據(jù)用途和大麻素含量，大麻可分為纖用型（工業(yè)大麻）、籽用型（油用型）、藥用型等。籽用大麻籽產(chǎn)量高，含油量可達(dá)32%以上。籽用大麻食用油中不飽和脂肪酸的含量約為90%，其中必需脂肪酸的含量約80%；還含有豐富Omega-3脂肪酸和維生素E。
論文通訊作者、福建農(nóng)林大學(xué)教授張立武告訴《中國科學(xué)報(bào)》，籽用大麻幾乎全身是寶，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)紙張、紡織品、建筑材料、食品、醫(yī)藥、化妝品、合成塑料和玻璃纖維等方面。
其中，籽用大麻種子因其具有較高的含油率而被用來生產(chǎn)麻籽油，它的主要成分為不飽和脂肪酸（亞油酸、亞麻酸、油酸等）和維生素E，還富含人體易吸收的麻仁球蛋白、白蛋白及8種必需氨基酸，營養(yǎng)成分眾多，其加工制品營養(yǎng)價(jià)值高。在我國，大麻種子常被用來制成火麻油、可食用火麻仁等。
除籽用外，大麻纖維因其具有抗菌殺毒、吸濕、透氣、抗靜電、柔軟適體等優(yōu)良特點(diǎn)，而被作為一種環(huán)保型的纖維原料廣泛使用。 
首個(gè)高質(zhì)量的籽用大麻基因組
論文第一作者、福建農(nóng)林大學(xué)博士生魏華偉介紹，他們以籽用優(yōu)良品種“榆社火麻”為材料，采用二代、三代測(cè)序策略，同時(shí)結(jié)合Hi-C染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)，首次完成了籽用火麻染色體水平全基因組測(cè)序和組裝工作。
該研究獲得的籽用大麻基因組大小為794 Mb，評(píng)分較高。張立武說：“與先前已發(fā)表的藥用大麻基因組圖譜相比，籽用大麻基因組圖譜顯示出更高的組裝質(zhì)量�！�
比較基因組學(xué)分析表明，籽用大麻與桑樹親緣關(guān)系最為密切，其分化時(shí)間為5600萬年前。他們研究發(fā)現(xiàn)，籽用大麻在進(jìn)化過程中經(jīng)歷了兩次全基因組加倍事件。
為了探究不同類型大麻之間的差異，特別是籽用大麻中特異基因的作用。該團(tuán)隊(duì)對(duì)籽用大麻、野生大麻和藥用大麻進(jìn)行了比較基因組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)它們之間共有的基因家族有14439個(gè)，而籽用大麻特異的基因家族有2636個(gè)，其中有30個(gè)基因在脂質(zhì)分解代謝過程中顯著富集。他們還分析鑒定出許多與氧化磷酸化、光合作用等相關(guān)的特異性基因，這可能與種子中具有豐富的抗氧化成分特性有關(guān)。 
篩選脂肪酸合成關(guān)鍵基因
油酸能調(diào)節(jié)人體血漿中高、低密度脂蛋白膽固醇的濃度比，可降低血液膽固醇，預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化。
然而，張立武指出，目前國內(nèi)外對(duì)大麻籽的研究主要集中在麻籽的營養(yǎng)成分、麻籽油制取、麻籽蛋白的制備與功能特性等方面，對(duì)大麻籽油脂肪酸合成的研究較少。
“為了更好的了解大麻中脂肪酸和維生素E的合成過程以及哪些基因參與這個(gè)過程，我們?cè)谧延么舐橹蟹謩e鑒定了36個(gè)脂肪酸合成基因和16個(gè)維生素E生物合成途徑基因，并對(duì)他們的表達(dá)譜進(jìn)行了分析�！蔽喝A偉說。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SAD和FAD作為油酸和亞油酸合成的關(guān)鍵基因，其基因拷貝數(shù)在籽用大麻中發(fā)生了增加，這可能是大麻種子中含油量豐富的原因。
種子的成熟過程是非常復(fù)雜的，隨著種子的成熟，脂肪酸和維生素E也在不斷的積累，而參與這個(gè)過程的基因也是非常值得探究的。
魏華偉介紹，他們通過分析大麻種子成熟過程的轉(zhuǎn)錄組，結(jié)合共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析，發(fā)現(xiàn)了8個(gè)參與脂肪酸合成的關(guān)鍵基因，2個(gè)參與維生素E合成的關(guān)鍵基因。
“這些關(guān)鍵基因的篩選，為進(jìn)一步脂肪酸合成機(jī)制的研究奠定了基礎(chǔ)。”張立武說。 
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100718
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