天然橡膠是一種重要的工業(yè)原料和戰(zhàn)略物資，因其良好的彈性、伸展性、抗撕裂、耐疲勞、耐老化等綜合性能而具有不可替代性。在兩千多種產(chǎn)膠植物中，巴西橡膠樹因其產(chǎn)量高、品質(zhì)好、易采集和持續(xù)生產(chǎn)周期長(zhǎng)等原因成為天然橡膠幾乎*的商業(yè)來(lái)源。橡膠樹為什么能高產(chǎn)橡膠，這種特性是否與其環(huán)境適應(yīng)和進(jìn)化相關(guān)？在生產(chǎn)上，乙烯處理為何能顯著增加橡膠產(chǎn)量？這些都是產(chǎn)膠生物學(xué)研究上長(zhǎng)期懸而未決的重要理論問題。

近期，來(lái)自中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所的一個(gè)研究小組和日本、馬來(lái)西亞的一個(gè)研究小組，分別發(fā)布了橡膠樹的基因組草圖。

5月23日，中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所（簡(jiǎn)稱橡膠所）和中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所（簡(jiǎn)稱基因組所）的研究人員，在《Nature Plants》發(fā)表的一項(xiàng)研究，獲得了一個(gè)高質(zhì)量的橡膠樹參考基因組，并提出了橡膠物種進(jìn)化和乙烯刺激產(chǎn)膠的新觀點(diǎn)。

橡膠所和基因組所科研人員經(jīng)過五年多的聯(lián)合攻關(guān)，成功構(gòu)建了一個(gè)高質(zhì)量的橡膠基因組草圖，拼接序列（1.37Gb，N50=1.28Mb）覆蓋基因組的93.8%；發(fā)現(xiàn)REF/SRPP基因家族的顯著擴(kuò)增及乳管（產(chǎn)膠細(xì)胞）特異性功能分化同乳管中大橡膠粒子的發(fā)生、橡膠高產(chǎn)性狀密切相關(guān)，可能是橡膠樹抗蟲機(jī)制的重要組成部分，推測(cè)是橡膠物種進(jìn)化的重要推動(dòng)力；發(fā)現(xiàn)乳管內(nèi)源乙烯的合成能力很低且不受乙烯刺激誘導(dǎo)，但卻存在活躍的乙烯信號(hào)應(yīng)答與傳遞通路，從源頭上闡述了乙烯刺激橡膠增產(chǎn)的原因。相關(guān)研究結(jié)果，將極大推動(dòng)產(chǎn)膠植物的產(chǎn)膠生物學(xué)研究，為橡膠樹優(yōu)異種質(zhì)的發(fā)掘利用以及高產(chǎn)抗逆遺傳改良奠定了良好基礎(chǔ)。

zui近，日本理化研究所（RIKEN）可持續(xù)資源科學(xué)中心（CSRS）的研究人員與馬來(lái)西亞理科大學(xué)(USM)的合作者一起，成功破解了巴西橡膠樹（Hevea brasiliensis）的基因組序列。這項(xiàng)研究發(fā)表在6月24日的《Scientific Reports》，報(bào)道了橡膠樹的基因組序列草圖，覆蓋了超過93%的表達(dá)基因，并找到了橡膠生物合成的特異性基因組區(qū)域。

天然橡膠流入乳膠管道，并在植物受傷時(shí)保護(hù)它們免受昆蟲的侵害。對(duì)人類來(lái)說，這是許多工業(yè)應(yīng)用的一個(gè)重要資源，因?yàn)樗袔讉€(gè)有用的特性，在人造的石油橡膠中是不能復(fù)制的。一些橡膠品種產(chǎn)生的橡膠產(chǎn)量高于其他品種，但原因仍然未知。RIKEN CSRS的Minami Matsui和USM的Alexander Chong帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，著手測(cè)定和分析巴西橡膠樹的基因組序列。本文*作者Nyok Sean Lau解釋道：“基因組信息可以揭示哪些基因影響著橡膠樹膠乳的高生產(chǎn)能力。這反過來(lái)將幫助我們培育高產(chǎn)的橡膠樹品種。”

在橡膠樹基因組測(cè)序完成后，研究人員將其與大戟科中其他植物的基因組進(jìn)行了比較，如木薯和蓖麻子，并發(fā)現(xiàn)它們共享一個(gè)大型的基因集群，超過12000個(gè)，幾乎2000個(gè)基因家族對(duì)于橡膠樹是*的。

該研究小組尋找與橡膠本身和抗病性相關(guān)的基因——這兩個(gè)因素都影響橡膠的生產(chǎn)。他們發(fā)現(xiàn)，組成橡膠的兩個(gè)zui豐富的蛋白質(zhì)——Rubber Elongation Factor和Small Rubber Particle，被編碼在大量基因中，這些基因聚集在基因組的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)。而其他熱帶植物也在某種程度上表達(dá)這些蛋白質(zhì)?；虮磉_(dá)加帽分析(CAGE)——RIKEN開發(fā)的一種方法，發(fā)現(xiàn)這些蛋白質(zhì)的表達(dá)是組織特異性的，在乳膠中的表達(dá)比在葉子中的表達(dá)高100倍。

該小組還發(fā)現(xiàn)，與大戟科的其他成員相比，橡皮樹有更多的抗病相關(guān)基因，這些基因也在基因組內(nèi)形成了集群。Matsui推理說：“橡膠樹中發(fā)現(xiàn)的高乳膠生產(chǎn)，可能是由于這些基因的協(xié)調(diào)表達(dá)，以及基因重復(fù)所致的基因數(shù)量增加而引起的。”

Chong指出：“這一發(fā)現(xiàn)將有助于改善乳膠生產(chǎn)，在馬來(lái)西亞這是一種重要的工業(yè)作物。對(duì)于USM來(lái)說，我們希望繼續(xù)與RIKEN以及相關(guān)的工業(yè)伙伴合作，利用來(lái)自基因組的知識(shí)更好的生產(chǎn)橡膠。”

現(xiàn)在，在獲得橡膠樹的基因組之后，Matsui計(jì)劃將其用于其他研究。“除了橡膠量，我們想要通過修改合成途徑并在微生物或綠藻中開發(fā)橡膠的生物生產(chǎn)，來(lái)改善橡膠的質(zhì)量。”