基因库新时代的曙光

生物多样性远超于物种多样性。生物多样性的另一个重要方面是物种内的遗传变异。一个显著的例子是作物的地方品种和他们的野生祖先品种。由莱布尼茨植物遗传和作物研究所(IPK Gatersleben)领导并由德国生物多样性综合研究中心（iDiv）支持的一个国际研究联盟现在已经从分子水平上描述了来自世界各地包括22000个以上大麦品种的种子样品集合。

在《自然遗传学》杂志上发表的一项研究中，科学家们为基因库开辟了一个新时代，基因库从过去的作物多样性博物馆转变成生物数字资源中心。

基因库储存来自世界各地的农作物品种、地方品种和野生近缘种的样本，以保护我们的农业遗产，并开发用于未来作物改良。

位于Gatersleben的IPK研究所的德国联邦异地基因库是拥有世界上最全面的栽培植物收集品的地方之一，包括22000个大麦种子样本。

在IPK研究所的领导下，来自iDiv研究中心、位于奎德林堡的Julius Kühn研究所(JKI，德国栽培植物联邦研究中心)和哥廷根大学的研究人员与来自日本、中国和瑞士的同事进行了合作。这一国际合作揭示了IPK收集的代表全球大麦多样性的程度。对超过22000个种子样本中的每一个进行单株基因分型，使得科学家能够在收集的大麦中识别重复的样本。该综合数据集为遗传信息质量管理开辟了新的途径，还通过精确定位品系来指导该收集品在研究和育种中的有效使用，以进一步深入表征。

Nils Stein教授（IPK研究所和哥廷根大学）说：“该研究使我们能够从分子遗传学的角度全面描述一个世界范围内基因库的广泛的形态多样性。” 为了做到这一点，Stein和他的团队使用了一种叫做“基因分型测序法”（GBS）的方法。在2017发表的大麦品种“Morex”的完整DNA序列构成了本工作的基础。它作为GBS信息的高质量序列锚。为了研究栽培大麦和野生大麦在整个基因组中的遗传多样性，研究人员寻找SNP（单核苷酸多态性）。总的来说，他们发现由50亿个碱基对组成的大麦基因组中这些小DNA变异有171000个以上。Stein补充说：“这种密度足以发现样本之间甚至非常小的差异，而且能够有信心标记我们收集品中的重复样本对。”

“现在我们可以得出关于起源、分布面积和大麦种群之间的关系的结论。所有数字遗传数据都可以公开访问，并且可以在线提交目标查询。一个最新的数据库结合了传统护照记录和新的分子数据，为研究和育种应用提供了有价值的信息，”该研究的共同领导者，来自IPK和iDiv的Martin Mascher博士说。

基因库的历史现场数据与现代分子分析的结合是一个令人印象深刻的展示机会，这些机会仍然潜伏在世界各地的基因库中。新研究方法和国际合作为保护和利用这种宝贵的遗传多样性开辟了新的途径。来自 Julius Kühn 研究院的Frank Ordon教授指出：“详细了解遗传变异性及其应用，是培育适应环境变化的新品种的前提。将来，植物育种者将不得不应对高温、干旱胁迫和新的病原体，还必须适应肥料和农药使用的变化。因此，可以在本地物种或相关野生物种中更快地检测编码关键性状的基因，并将其用于育种。”

过去，在整个集合水平上缺乏遗传数据限制了遗传多样性在育种和研究中的实际应用。由于新的分析和开放的研究数据，现在有可能在22626个大麦种子样本中搜索。为了容纳这种独特的资源，研究人员开发了桥梁“数据仓库”，作为迈向生物数字资源中心的第一步。