每到毕业季，总可以看到橘红色的木棉花，让夏日的街道更加缤纷热情。木棉（Bombax ceiba L.），又称为红棉树、英雄树、攀枝花，日前科学家完成它的全基因体定序，并发表于学术期刊《GigaScience》。每年春季是木棉花盛开的季节，以鲜艳橙红的花朵和随风飘散的种子棉絮闻名，为台湾高雄市以及中国广州市的市花，木棉也深具经济价值，是重要的纤维与木材原料，其花朵与根茎也是重要的药材与食材。基因体资讯的公开将帮助科学家进一步了解木棉的特性及它如何适应干燥的生长环境。
矗立在人行道旁、公园中的红棉树（Bombax ceiba L.），在春季将街道染成热情的橘红，象征春暖花开时节的到来，深得人们喜爱并被遴选为高雄市花。木棉树最高可以生长至 40 公尺，除了有豪放亮丽的外观，木棉的花果根茎也有许多用途，例如其果实成熟后会裂开，释出种子与果皮内壁延伸形成的白色棉絮，可作为枕头或床垫的填充物，花朵干燥后可以泡茶或熬汤食用，根茎部位更可作为中药材。尽管木棉被广泛种植于湿热的中国南方地区，不过长江上游的干热地带有一座城市以此植物命名，反应出木棉的原生环境及其对干旱高温的耐受性。
由中国曲靖师范学院（Qujing Normal University）的唐利洲教授以及西南林业大学（Southwest Forestry University） 的田斌教授所带领的研究团队日前完成木棉的基因体定序，结果显示木棉的全基因体带有 8.95 亿碱基，并含有大约 52,000 个基因。
唐教授分享研究过程中遇到的挑战：“木棉基因体的异质性（heterozygosity）使得基因重组的难度增加，不过，我们运用第三代定序（Third Generation Sequencing）技术组装其基因体，并得到相对完整的结果。”
进行基因定序时，科学家无法直接读取整段染色体的所有基因，而需要将染色体分为小片段分别定序，再由生物资讯学家将众多小片段 DNA 序列拼凑，最后还原全基因体序列。 几年前，短读取定序（short read sequencing）是序列分析的主流技术，这项技术合乎成本效益，又可达到定序目的，但是却有一项缺点，就是：短读取可分析的单一染色体片段相当小，往往不超过数百个 DNA 字母，造成组装基因时，片段与片段之间的间隙使重组过程不易。近年来发展出单分子即时定序（single molecule real time sequencing，SMRT）技术，SMRT 单次可连续分析的染色体片段较长，科学家利用 SMRT 作为辅助的定序工具，弥补短读取的不足，减少片段与片段之间的空缺，得出高品质的全基因体序列，取得连续序列片段（contig）为 1.0 Mb 碱基对，以及连续序列片段之拼装（scaffold）大小为 2.06 Mb 碱基对，达到 N50 的全基因体组装标准。
为了提升基因序列品质，增进基因体资讯的使用效益，研究团队将木棉的全基因体定序结果结合光学图谱（optical mapping）技术，将不同长度的 DNA 片段以不同萤光染色标记，再以萤光显微镜将不同长度的片段进行分类，得出染色体片段的光学图谱。过去，其他科学家试图将光学图谱应用于其他动、植物的基因体定序，经过许多前人的尝试与经验，今日光学图谱帮助此研究团队分析出高品质的木棉全基因体。
“未来我们计画将此基因体定序结果，应用于木棉的培植计画。”唐教授进一步说明，基因体资料将帮助科学家探讨木棉如何适应干燥的原生环境，而该团队也已初步鉴别出可能的相关基因。
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参考文献：
Gao, Y et al. (2018): De novo genome assembly of the red silk cotton tree (Bombax ceiba). GigaScience. doi.org/10.1093/gigascience/giy051
首图来源：GigaScience
基因体资料来自 GigaDB 数据库、美国国家生物技术资讯中心（NCBI，Bioproject ID
PRJNA429932）以及 GigaScience 公开权限之文章。
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