中科院科研人員繪出大豆圖形結構泛基因組

圖：大豆圖形結構泛基因組分析。中科院遺傳發(fā)育所供圖

6月17日，《細胞》雜志在線(xiàn)發(fā)表了中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員田志喜等科研團隊關(guān)于大豆泛基因組的最新研究進(jìn)展。該項成果突破了傳統線(xiàn)性基因組的存儲形式，在植物中首次實(shí)現了基于圖形結構基因組的構建，將引領(lǐng)全新的下一代基因組學(xué)研究思路和方法，被審稿人稱(chēng)為“基因組學(xué)的里程碑工作”。

“我們在研究中發(fā)現，不同大豆種質(zhì)資源之間存在較大的遺傳變異，單一或少數基因組不能代表大豆群體的所有遺傳變異。”田志喜說(shuō)，“不管是基礎研究還是分子設計育種，都需要能夠代表不同大豆種質(zhì)材料的全新基因組資源。”

田志喜團隊聯(lián)合中科院遺傳發(fā)育所梁承志和朱保葛研究團隊、中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng )新中心韓斌院士團隊、上海師范大學(xué)黃學(xué)輝團隊等，對來(lái)自世界大豆主產(chǎn)國的2898個(gè)大豆種質(zhì)材料進(jìn)行了深度重測序和群體結構分析，精心挑選出26個(gè)最具代表性的大豆種質(zhì)材料，包括3個(gè)野生大豆，9個(gè)農家種和14個(gè)現代栽培品種。

科研人員利用最新組裝策略，對26個(gè)大豆種質(zhì)材料進(jìn)行了高質(zhì)量的基因組從頭組裝和精確注釋?zhuān)_(kāi)展了系統的基因組比較，構建了高質(zhì)量的基于圖形結構泛基因組，挖掘到大量利用傳統基因組不能鑒定到的大片段結構變異。

經(jīng)過(guò)深入分析后，研究人員發(fā)現，這些結構變異在許多重要農藝性狀調控中發(fā)揮了重要作用。例如，HPS基因的結構變異調控大豆種皮亮度變化，野生與栽培大豆CHS基因簇的結構變異是導致種皮顏色由黑色向黃色馴化的主要原因等等。

“本次泛基因組研究所選用的大豆種質(zhì)材料不僅在遺傳多樣性上具有代表性，且具有重要的育種和生產(chǎn)價(jià)值。”田志喜認為，該泛基因組和相關(guān)的2898份種質(zhì)材料遺傳變異的發(fā)布為大豆研究提供了極為重要的資源和平臺，將大力推進(jìn)大豆分子設計育種，助力實(shí)現大豆“綠色革命”。

據了解，大豆馴化起源于中國，隨后廣泛傳播于世界各地，為人類(lèi)提供了主要的植物油料和蛋白資源，是重要的糧食經(jīng)濟作物。但與水稻和小麥相比，在過(guò)去的60年里，大豆平均單產(chǎn)相對其他主糧作物而言尚無(wú)明顯突破。我國大豆需求量大，因此加強大豆研究，提高大豆生產(chǎn)能力迫在眉睫。

http://doi.org/10.1016/j.cell.2020.05.023