研究人员利用组学技术加速山药研究进展

一个研究小组总结了山药基因组、质体组、转录组、蛋白质组和代谢组的最新进展，重点介绍了营养丰富、富含生物活性化合物的薯蓣属植物。这项研究对山药的遗传研究和分子育种具有重要价值，特别是因为山药的全球产量在过去二十年里翻了一番，增强了非洲的粮食安全和生计。

未来的应用包括增强全基因组测序、改进转录组数据、推进蛋白质组学，以及探索多组学技术以应对更广泛的科学挑战。

山药 (Dioscorea spp.)，一种重要的园艺作物，含有 600 多种， 区域山药在非洲国家是重要的作物，在亚洲、太平洋和拉丁美洲也是重要的收入来源。尽管山药很重要，但研究人员却忽视了它。

由于总体种植面积的扩大，全球产量在二十年间翻了一番。遗传和分子育种研究正在加强，但山药组学研究有限。

目前存在的问题包括提取薯蓣皂苷成分时的环境污染以及多样性分析的遗传标记不足。解决这些问题需要全面了解山药的遗传复杂性。

一项研究发布在蔬菜研究于2024年5月17日发表，概述了薯蓣属基因组研究的现状，旨在促进该领域更深入的研究和进步。

在这项研究中，研究人员回顾了基因组学在作物改良中的作用，强调虽然单靠基因测序是不够的。了解基因组内所有基因的精确位置可大大提高分子标记技术的实际效用。这些知识有助于识别出决定高产和抗病等性状的特定候选基因。

对于水稻和玉米等典型物种而言，基因组学是基因进步的关键。对于山药，已有 5 个物种的基因组进行了测序，其中 4 个物种的基因组已达到染色体水平，揭示了山药物种之间存在显著的遗传多样性。

本综述重点介绍了 2017 年发布的首批几内亚山药 (D. rotundata) 基因组，该基因组揭示了与性别决定相关的基因组区域，从而能够通过分子标记进行性别识别。此外，研究人员还讨论了山药的驯化历史，例如几内亚山药从 D. abyssinica 和 D. praehensilis 的杂交品种进化而来，以及薯蓣谱系中古老的异源四倍体化事件。

薯蓣皂苷的分析以及利用叶绿体基因组序列进一步说明了山药基因组学的进步。本综述强调了整合基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学对于揭示复杂遗传机制和加强山药分子育种和栽培的重要性。

该研究首席研究员刘金定介绍，“研究层面不仅仅局限于山药本身的研究，随着测序技术的更新、组织学数据的积累，可以克服其他研究中遇到的困难，比如山药特殊成分的提取等。”

综上所述，山药已成为全球重要的主食，尤其是在非洲，过去二十年来产量翻了一番。本综述重点介绍了山药基因组、质体组、转录组、蛋白质组和代谢组研究在组学技术的帮助下取得的进展。

未来的研究应侧重于将全基因组测序扩展到其他薯蓣属物种，改进转录组数据，增强蛋白质组学，并探索跨物种的生长和代谢机制。应用多组学技术将解决更广泛的科学问题，并促进山药的分子育种。