研究人员对巨型红杉基因组进行测序，以启动 23andMe 树木研究项目

如今，你可以将一管唾液送到实验室，了解你的祖先和你易患的健康风险。很快，科学家们希望为巨型红杉和海岸红杉创造一种类似的工具——树木的 23andMe。

“这是我的梦想，”加州大学戴维斯分校的植物科学家戴维·尼尔说。现在，他和来自加州大学戴维斯分校、约翰霍普金斯大学和拯救红杉联盟的科学家团队已经完成了实现这一梦想的第一步：对这两棵树的整个基因组进行测序。“首次获得生物体的参考基因组序列是实现发现的必要步骤，”尼尔说。

这两种红杉都生长在西海岸。红杉分布在俄勒冈州南部至加利福尼亚州中部，它们依偎在海岸线上，因为那里气候温和，空气潮湿多雾。它们是地球上最高的生物；50 年后，它们可以长到 150 英尺高，许多后来超过 300 英尺。最高的红杉名为 Hyperion，位于加利福尼亚州北部红杉国家公园深处的某个地方，高 379 英尺多，其位置保密。

巨型红杉树虽然没有那么高，但体积却是最大的生物。这些巨大的树木散布在内华达山脉的西坡。最大的红杉树名为谢尔曼将军树，底部直径为 36.5 英尺，体积为 52,508 立方英尺。

尽管这些树木令人印象深刻，但它们很容易受到森林管理的影响，以及更温暖、更干燥、更火爆的未来。巨型红杉通常欢迎定期的小火灾，以清除灌木丛并为土壤添加养分。但随着火势越来越大、越来越热，它们甚至有可能烧焦这些巨大的树木。随着气温升高，海岸红杉可能还会失去一些珍贵的雾气，在该地区干燥的夏季，它们可以利用雾气获取水分。

除了这些个别威胁之外，一些树木的自然恢复力可能已经被砍伐殆尽。95% 的原始海岸红杉和三分之一的巨型红杉已被砍伐。科学家担心，这种遗传多样性的丧失也意味着基因的丧失，而这些基因可能编码了使树木更耐旱或耐热的特性。“从基因组的角度来看，我们真的不明白数十年的森林管理对森林的影响有多大，”拯救红杉联盟科学主任艾米丽·伯恩斯 (Emily Burns) 表示。

这些担忧推动了 2017 年启动的红杉基因组计划。为了确定基因组，科学家首先从每个物种的一棵树上取样并分离它们的 DNA。然后，他们使用计算机算法将杂乱的 DNA 排列成干净、有序的碱基对序列。尼尔说，由于树木遗传信息的大小和复杂性，第二步具有挑战性。“这个基因组可能比任何曾经测序过的基因组都要困难得多。”

今天向公众公布的这两个基因组非常庞大。海岸红杉基因组的碱基对数量是我们的九倍，红杉基因组的碱基对数量是我们的三倍。这使得海岸红杉成为有记录以来最大的基因组之一，仅次于蝾螈。让事情变得更加复杂的是，海岸红杉的父母各自将三组染色体传递给幼苗，使树木成为六倍体，有六组染色体。巨型红杉和人类一样，是二倍体，每个父母都有一组染色体。

科学家们并不确定这些树的基因组为何如此之大。尼尔说，它们编码蛋白质的基因数量与我们大致相同。“这很可能与它们的长生命周期有关，”他补充道。“被测序的两棵树已有 2000 多年的历史。”

到这个为期五年的项目结束时，科学家们希望森林管理人员能够将树叶样本送到实验室，并得到一份关于树木健康状况以及它们对干旱和高温等因素的脆弱性的报告。这些信息可用于保护遗传多样性和弹性的树木。它还可以通过告诉科学家哪些树木在特定地区存活的几率最高来改善恢复工作。

而且基因测试还可以帮助指导火灾管理工作。经过几十年的积极扑灭森林火灾，加州的森林比历史上的树木茂密得多。现在，我们正在努力砍伐一些多余的树木，以释放水和阳光，让其他树木长得更大、更健康。测试树木基因组可以帮助管理人员决定在这种疏伐工作中要保留哪些树木。“我们不想同时减少基因组多样性，”伯恩斯说。

现在，科学家们已经确定了基础基因组，今年他们将对每个物种的 100 多棵树进行测序，以找出哪些基因与哪些特征相关。伯恩斯说，明年，该团队将与加州州立公园和国家公园管理局的官员合作，开始收集和分析树叶样本。

除了提高森林的恢复力之外，伯恩斯认为这些信息还将揭示各种树木的秘密。“我有一种感觉，我们将在未来许多年里学习有关红杉基因组的各种有趣的事情，”伯恩斯说。“我希望我们能了解这些树为什么如此高大、如此庞大的秘密——它们真的是激发我们所有想象力的树。”