6月8日，《自然（Nature）》在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文團(tuán)隊(duì)在植物基因組學(xué)領(lǐng)域的兩項(xiàng)重要研究成果，為實(shí)現(xiàn)泛基因組在作物育種的應(yīng)用提供了新的解決方案。

 

 

　　馬鈴薯種質(zhì)資源豐富，自然界中70%的馬鈴薯是二倍體，其中大部分是野生材料，充分利用這些資源中的優(yōu)異性狀，有利于加快馬鈴薯的遺傳改良。然而，目前已發(fā)表馬鈴薯的基因組序列只捕獲馬鈴薯有限的生物多樣性，不足以全面了解馬鈴薯基因組以用于育種指導(dǎo)。

 

　　黃三文團(tuán)隊(duì)在《自然（Nature）》雜志在線發(fā)表題為“Genome evolution and diversity of wild and cultivated potatoes”的研究論文。該研究首次解析了二倍體馬鈴薯的泛基因組，破解了馬鈴薯如何結(jié)薯的分子機(jī)制，將為馬鈴薯雜交改良提供重要指導(dǎo)。

 

　　研究人員分析了具代表性的44份二倍體馬鈴薯種質(zhì)的基因組，分析發(fā)現(xiàn)馬鈴薯與近源物種番茄和Etuberosum之間以及馬鈴薯類群內(nèi)部存在廣泛的不完全譜系分選和物種間雜交的現(xiàn)象，反映馬鈴薯類群復(fù)雜的演化歷史。基于高質(zhì)量的基因組組裝，研究人員開(kāi)發(fā)一套R(shí)基因注釋流程，并發(fā)現(xiàn)馬鈴薯中R基因拷貝數(shù)相比于番茄和Etuberosum存在明顯擴(kuò)張。通過(guò)馬鈴薯、番茄和Etuberosum的多組學(xué)比較分析，研究人員鑒定到一個(gè)可能在薯塊發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的TCP轉(zhuǎn)錄因子。研究還首次構(gòu)建了栽培和近緣野生馬鈴薯的大片段倒位圖譜。

 

　　該研究將為馬鈴薯研究供豐富的基因組大數(shù)據(jù)支持，加深對(duì)馬鈴薯重要生物學(xué)性狀的理解，有力地推動(dòng)雜交馬鈴薯育種，并加速馬鈴薯作為重要主糧作物的育種進(jìn)程。

 

 

　　番茄的性狀，如風(fēng)味，由遺傳因素和環(huán)境因素共同決定。“遺傳力”的高低決定了性狀受遺傳調(diào)控的比例，遺傳力越高，性狀受遺傳因素決定比例越大。然而，遺傳力預(yù)測(cè)并不準(zhǔn)確，傳統(tǒng)短片段測(cè)序?qū)?fù)雜結(jié)構(gòu)變異的檢測(cè)能力較差，因此，會(huì)出現(xiàn)“遺傳力丟失”現(xiàn)象。找回這些丟失的遺傳力將有助于理解復(fù)雜性狀的遺傳機(jī)制。

 

　　黃三文團(tuán)隊(duì)利用圖泛基因組解決了遺傳變異檢測(cè)難題，并從遺傳標(biāo)記的不完全連鎖、等位基因異質(zhì)性和位點(diǎn)異質(zhì)性三個(gè)方面找回“丟失的遺傳力”，為解析生物復(fù)雜性狀的遺傳機(jī)制和番茄育種提供了新思路。

 

　　研究通過(guò)構(gòu)建番茄圖泛基因組，準(zhǔn)確鑒定了番茄基因組中的結(jié)構(gòu)變異，研究發(fā)現(xiàn)大的結(jié)構(gòu)變異是遺傳力丟失的關(guān)鍵原因之一。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，與利用單一參考基因組相比，基于圖泛基因組的遺傳變異可將估計(jì)的遺傳力提高24%。采用上述分析方法，該團(tuán)隊(duì)共鑒定出2個(gè)潛在的與可溶性固形物含量高度相關(guān)的結(jié)構(gòu)變異，可以用于未來(lái)的分子標(biāo)記輔助選擇。通過(guò)對(duì)影響番茄風(fēng)味的33種代謝物進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，利用全部的結(jié)構(gòu)變異作為分子標(biāo)記進(jìn)行基因組選擇的效果最佳。

 

　　論文評(píng)審專家認(rèn)為，“這項(xiàng)工作是對(duì)圖泛基因組概念最全面的分析。圖泛基因組將可能成為基因組分析和作物基因組育種的標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)意義上，這篇論文是奠基性的”。

 

　　以上兩項(xiàng)研究得到國(guó)家基金委、科技部、廣東省、深圳市和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程的資助。

 

　　文章鏈接：

 

　　https://www.nature.com/articles/s41586-022-04822-x

 

　　https://www.nature.com/articles/s41586-022-04808-9