6月8日，《自然（Nature）》在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文團隊在植物基因組學領(lǐng)域的兩項重要研究成果，為實現(xiàn)泛基因組在作物育種的應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。

 

　　黃三文團隊在《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)薯的分子機制，將為馬鈴薯雜交改良提供重要指導。

 

　　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，反映馬鈴薯類群復雜的演化歷史?；诟哔|(zhì)量的基因組組裝，研究人員開發(fā)一套R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存在明顯擴張。通過馬鈴薯、番茄和Etuberosum的多組學比較分析，研究人員鑒定到一個可能在薯塊發(fā)育過程中發(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，加深對馬鈴薯重要生物學性狀的理解，有力地推動雜交馬鈴薯育種，并加速馬鈴薯作為重要主糧作物的育種進程。

 

 

　　番茄的性狀，如風味，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，遺傳力預測并不準確，傳統(tǒng)短片段測序?qū)碗s結(jié)構(gòu)變異的檢測能力較差，因此，會出現(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雜性狀的遺傳機制。

 

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

 

　　研究通過構(gòu)建番茄圖泛基因組，準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的遺傳力提高24%。采用上述分析方法，該團隊共鑒定出2個潛在的與可溶性固形物含量高度相關(guān)的結(jié)構(gòu)變異，可以用于未來的分子標記輔助選擇。通過對影響番茄風味的33種代謝物進行分析發(fā)現(xiàn)，利用全部的結(jié)構(gòu)變異作為分子標記進行基因組選擇的效果最佳。

 

　　論文評審專家認為，“這項工作是對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準，在這個意義上，這篇論文是奠基性的”。

 

　　以上兩項研究得到國家基金委、科技部、廣東省、深圳市和中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(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