大豆进化中的“遗失基因”找到了

访问次数:132  发表时间:2022-03-17

在“稳产、高产、优质”的目标下,大豆育种需要借助更多的优秀基因资源实现突破,而兼具遗传多样性、抗性强、耐旱热等诸多优势的多年生野生大豆便脱颖而出。不过,对国际大豆育种界来说,多年生野生大豆基因组十分庞大,重复序列多,高度杂合,缺乏高质量染色体级别的基因组做参考。

315日,国际植物学领域期刊《自然—植物》在线发表了一项来自中国科学家的成果。该成果指出山东农业大学张大健教授课题组首次获得了多年生野生大豆(即大豆Glycine亚属)的高精度基因组图谱,此举填补了国际大豆属泛基因组的空白,解析了大豆进化历程,高效准确地挖掘了大豆基因组的结构变异,拓宽了大豆分子育种可利用的基因资源,为大豆遗传基础解析、驯化性状调控基因挖掘及种质创新提供了重要的理论支撑。

大豆是关系国计民生的重要基础性、战略性物资,是极具经济效益的作物,也是实现“让中国种子保障中国粮食安全”目标的重要作物。野生大豆比栽培大豆有更丰富的生物多样性和基因资源,可用于提升栽培大豆的抗逆性、种子蛋白质和次级代谢产物含量等农艺性状。而野生大豆参考基因组在比较基因组和进化研究中有重要价值,可帮助寻找重要基因,最终改良栽培大豆品种,实现研发稳产、高产、优质大豆的目标。

栽培大豆原产于中国,由祖先野生大豆长期定向选择、改良驯化而成。但残酷的现实是在长期驯化和改良过程中,仅有少量基因资源被选择用于育种,产生严重的遗传瓶颈效应。

上述成果意味着该团队首次解析了多年生野生大豆的基因组,找到了栽培大豆在进化过程中“遗失的”约70%的基因资源,这些都是选育大豆高产优质新品种的有效基因靶点。

该文章通讯作者张大健教授向科技日报记者介绍,科研人员在世界范围内选取了5个具有代表性的Glycine品种(分别为Glcyine亚属中ABCDF基因组型代表)和1个自然形成的异源四倍体(AADD)多年生大豆进行了全基因组测序。综合利用二代、三代、Hi-C等测序技术,组装得到了染色体级别的高质量参考基因组,首次构建了Glycine泛基因组。他们鉴定出109827个多年生大豆中的非冗余基因位点,并发现其中约70%的基因位点在Soja亚属中丢失,为大豆育种提供了丰富的遗传多样性基础。

此外,该团队还鉴定出183个大片段基因组结构变异,这些变异影响着大豆开花时间、抗病性、抗逆性等重要的表型特征。据了解,该团队利用分子标记辅助技术,已选育出适宜黄淮海地区种植的高产高油大豆品种,已参加山东大豆区域试验,表现良好。

◎本报记者 王延斌 通讯员 王静

 

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