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天天熱資訊！谷子高質(zhì)量圖基因組解密

2023-06-14 05:34:31 來源：經(jīng)濟日報客戶端

(資料圖片僅供參考)

6月8日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所特色農(nóng)作物優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用團隊，通過對谷子種質(zhì)資源的基因組變異和群體結(jié)構(gòu)分析，組裝了谷子第一個高質(zhì)量圖基因組，系統(tǒng)闡明了谷子起源及馴化改良的過程；對谷子及其野生種青狗尾草的1844份核心種質(zhì)資源進(jìn)行深入分析，發(fā)掘了1084個重要性狀相關(guān)位點和基因，創(chuàng)制了谷子圖基因組精準(zhǔn)高效育種方法，為培育突破性品種提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)路徑。相關(guān)成果發(fā)表在《自然·遺傳學(xué)（Nature　Genetics）》上。

谷子是我國起源的古老作物，隸屬禾本科狗尾草屬，至今仍是旱作農(nóng)業(yè)的主栽作物，更是應(yīng)對氣候變化和干旱環(huán)境的戰(zhàn)略儲備作物。其籽粒小米營養(yǎng)價值高，深受人們喜愛。由于谷子屬于碳四（C4）光合作物和易于實驗室操作等特點，其作為功能基因研究的模式植物近年來也備受國際關(guān)注。作物種質(zhì)資源是優(yōu)異基因的載體，對種質(zhì)資源基因組變異的系統(tǒng)性認(rèn)識和表型性狀的精準(zhǔn)鑒定有利于其中優(yōu)異基因的發(fā)掘和利用。

研究團隊在對谷子野生種、農(nóng)家品種和現(xiàn)代育成品種等1844份核心種質(zhì)資源群體結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析的基礎(chǔ)上，從頭組裝了110個谷子和狗尾草高質(zhì)量基因組，繪制了首個狗尾草屬基因組變異圖譜，構(gòu)建了首個雜糧和C4作物高質(zhì)量圖基因組，認(rèn)識了谷子資源變異的基本情況，系統(tǒng)解析了谷子馴化和改良過程中基因組變異。同時，歷時10年在13個地理環(huán)境下對680份資源進(jìn)行了68個性狀的表型調(diào)查，形成了226組群體表型數(shù)據(jù)和表型組數(shù)據(jù)庫；將基因組變異和表型數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，發(fā)掘出1,084個與表型顯著關(guān)聯(lián)的重要性狀相關(guān)位點，如控制產(chǎn)量性狀的SiGW3等。此外，研究還建立了基于谷子圖基因組的最優(yōu)預(yù)測模型和全基因組選擇育種方法，該方法可加速作物遺傳研究并使谷子表型預(yù)測精度最高提升12.6%。本研究構(gòu)建的谷子基因組變異圖譜、多環(huán)境多性狀表型組、以及以及批量發(fā)掘的重要性狀控制位點和基因，為谷子模式植物體系發(fā)展等基礎(chǔ)研究和資源利用提供了重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也為作物種質(zhì)資源挖掘利用提供了重要參考。

中國科學(xué)院李家洋、韓斌、錢前院士，中國工程院劉旭、萬建民院士等對該成果做出了高度評價。專家一致認(rèn)為，該研究成果通過高質(zhì)量圖基因組等前沿技術(shù)的應(yīng)用，快速有效完成了種質(zhì)資源規(guī)模化挖掘利用，進(jìn)一步解析和利用好該研究獲取的大量重要基因組位點，將有助于谷子遺傳和育種研究水平的大幅提升。該研究的思路和方法對其他作物研究有重要借鑒價值，對提高我國作物種質(zhì)資源的有效利用，保障國家糧食安全意義重大。

作科所刁現(xiàn)民研究員、紐約大學(xué)基因組學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)研究中心Michael　Purugganan教授和作科所賈冠清研究員為該論文共同通訊作者。作科所博士后賀強、副研究員湯沙，研究員智慧，以及中科院動物所陳金鋒研究員為該論文共同第一作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國家自然科學(xué)基金和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項目資助。（經(jīng)濟日報記者常理）

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