康涅狄格大学的本科生绘制了濒危胡桃树的DNA图谱，这是一项研究被忽视的濒危物种的更广泛倡议的一部分。这项研究提供了对生存机制的见解，并为学生提供了宝贵的现实世界研究经验。

一个能所有的合作揭示了濒危物种的遗传秘密，从树木到凤头鹦鹉再到深海珊瑚。

胡桃软而油，带着淡淡的核桃味，在舌头上萦绕不去。尽管味道独特，但很少有美国人尝过这种濒临灭绝的本土植物。现在，康涅狄格大学的本科生发表了G3中这种不寻常的树的DNA的第一张完整地图。

更大的使命:保护生物多样性

为了在被忽视的濒危物种灭绝之前记录它们的DNA，这只白胡桃只是一项雄心勃勃的努力中的第一个。康涅狄格大学系统基因组学研究所的生物多样性和保护基因组学团队正在对南瓜灰、深海之字珊瑚和红孔凤头鹦鹉等其他几种生物的基因进行彻底的测序。该项目为本科生提供了为期一年的培训，培训内容包括如何对单个物种的完整遗传密码进行排序、重建和描述。

该团队的其他成员包括牛津纳米孔技术公司和系统基因组学研究所(ISG)的科学家。研究特定物种的学生还与当地的人们合作，做出恢复和保护的决定。对于白胡桃，这包括美国农业部林务局。

他们正在测序的所有生物的共同点是，它们都是濒危物种，没有主要的农业、医学或科学用途的历史。

一瞥物种

例如，胡桃胡桃是一种原产于北美的胡桃，看起来和黑胡桃很像，但它的坚果很长，很油。有时采集它的油，收获它的木材。由于一种从亚洲进口的真菌杀死了胡桃树，胡桃树现在正在消失，少数幸存下来的不是纯胡桃，而是日本胡桃的杂交品种，这种品种很容易与胡桃杂交，并且具有一定的抗真菌能力。南瓜灰是北美16种被翠绿灰蛀虫杀死的灰之一。由于栖息地丧失和偷猎宠物，红口凤头鹦鹉处于极度濒危状态。深海珊瑚受到海洋酸化的威胁，这威胁到它们形成碳酸钙骨架的能力。

这些生物中的许多都没有得到很好的科学研究。直到最近，对生物体的DNA进行测序都是极其耗时和昂贵的。通常没有整个生物家族的参考基因组或其遗传密码的完整序列。

“深海珊瑚的基因组非常稀少。5000个物种中只有两个被公布!这可能是第三个，”ISG主任和基因组生物学家Rachel O 'Neill说，她是该项目的共同研究者。

深海珊瑚基因组特别有趣，因为深水，就像海洋酸化一样，使珊瑚很难从水中捕获碳酸钙，但深海珊瑚无论如何都能做到这一点。了解哪些基因使这种情况成为可能，也有助于我们了解浅水珊瑚如何在酸化中生存。

生存的科学

其他生物可能有其他秘密。园艺贸易传播的真菌疾病正在迅速杀死亚洲、欧洲和美洲大森林中的树木。对进化出不同疾病的相关物种(如胡桃和日本核桃)的基因组进行测序，可以对哪些基因提供哪种类型的抗性提供有价值的见解。它可能使我们能够通过替换单个基因来拯救物种。尽管日本核桃没有濒临灭绝，但正是出于这个原因，该团队今年正在对其基因组进行测序。

“我们感兴趣的是知道有多少白胡桃种群已经与日本核桃杂交，以及是什么促成了对真菌感染的遗传抗性，”该团队的首席研究员、计算生物学家吉尔·维格森(Jill Wegrzyn)说。

除了对这些基因组测序的实际兴趣之外，它的有趣之处还在于，它们与任何人所见过的任何东西都不同。倍性，或染色体拷贝数，可能与任何人的假设大相径庭。大多数动物是二倍体:它们每条染色体都有两个副本，一个来自母亲，一个来自父亲。有些植物可以是三倍体或四倍体，这意味着它们每种都有三到四个副本。但该团队今年测序的南瓜树远不止于此。

“这是……也许……八倍体!埃米莉·思特里克兰德说。她开始把南瓜灰作为一个独立的研究项目，发现它比任何人想象的要复杂得多，现在她作为生物多样性和保护基因组学团队的一员从事这项工作。

项目起源及影响

该项目于去年启动，得到了文科与理科学院地球及其未来计划的资助，随后得到了ISG的支持，并得到了牛津纳米孔技术公司和Org的物质支持。其中，ISG的基因组创新中心是其国际合作伙伴。Org。其中一个是牛津纳米孔项目，旨在开发一些极度濒危动植物物种的高质量基因组组合。Oxford Nanopore的DNA/RNA测序技术提供实时分析，可以对任何长度的片段进行测序，从短到超长，这是组装参考基因组所必需的灵活性。如果基因组是一本书，这将是整个短语而不是单个单词，使其更快地组装。

对参与该项目的11名本科生中的许多人来说，这是他们的第一次研究经历。他们中的一些人选择它是因为它的实际影响。

“我真的很喜欢使用计算技术立即解决问题的想法。在保护方面，我们可以做很多事情，”艾米丽·特利布莱克说。她是去年对胡桃基因组进行测序的团队成员之一，并撰写了他们刚刚发表的论文，今年她作为导师回来了。其他学生指出，作为这个项目的一部分，做真正的研究与典型的课堂体验完全不同，在课堂上，一切都是设计好的。

哈什塔·阿克拉说:“它迫使你主动接触和合作，在寻求帮助之前自己寻找答案。”

参考文献:《保护一种濒危的北美核桃:胡桃(Juglans cinerea)的染色体参考基因组》，作者:christopher R Guzman-Torres, Emily Trybulec, Hannah LeVasseur, Harshita Akella, Maurice Amee, Emily Strickland, Nicole Pauloski, Martin Williams, Jeanne Romero-Severson, Sean Hoban, Keith Woeste, Carolyn C Pike, Karl C Fetter, Cynthia N Webster, Michelle L Neitzey, Rachel J O 'Neill和Jill L Wegrzyn, 2023年9月13日，G3 Genes|Genomes|Genetics。DOI: 10.1093 / g3journal / jkad189

生物多样性和保护基因组学团队的胡桃树参考基因组可以在这里找到:https://gitlab.com/PlantGenomicsLab/butternut-genome-assembly。