我国科学家成功破译花生基因组密码

2019-05-16
 

光明日报福州5月15日电: 记者高建进日前从福建农林大学获悉,该校庄伟建教授科研团队的研究成果“栽培种花生基因组揭示了豆科植物的核型、多倍体进化和作物驯化”于日前在国际学术权威刊物英国《自然·遗传学》杂志在线发表。该项研究在全世界范围内首次破译了四倍体栽培种花生的全基因组,标志着我国在栽培种花生基因组研究方面处于国际领先水平。该成果对全球花生的遗传改良具有重大贡献,对我国乃至全球农业的基础研究具有重要意义。

我国是世界种植花生第一大国,种植面积达7500多万亩,产量达1700万吨,占世界总产量约40%,占全国油料作物总产(不含大豆)近50%,其种植业产值达1200亿元,居全国农作物(水稻、小麦、玉米之后)的第四位。在当前我国油料短缺严峻、食用油66%依赖进口情况下,花生生产关系国计民生。鉴于花生的重要经济价值,近十多年来,国际上积极开展花生的基因组研究。但因四倍体栽培种花生基因组大、复杂,A、B两个亚基因组相似性高,一直未能获得突破性进展。

为破译栽培种花生的基因组,庄伟建率领的科学家团队利用具有全国70%育成品种血缘的狮头企为材料,利用三代单分子测序技术、染色体构象捕获技术和超高密度遗传图谱,以及其他生物信息学、遗传学、功能基因组学等手段,突破复杂基因组组装的困难,获得了高质量的重叠群和基因组支架,组装总长达2.54 Gb,占花生基因组总长94.1%;进而精确组装到20条染色体水平(全长2.51Gb)的高质量四倍体花生基因组。这是世界上第一个完成花生全基因组测序和染色体精细结构框架注释的花生基因组,为准确研究基因功能、表达、剂量效应和遗传模式奠定坚实基础。

据庄伟建介绍,该项研究除了在国际上率先完成并公布了栽培种花生全基因组测序组装和精细结构框架,还首次全面揭示了花生及其他豆科物的染色体起源、核型进化和栽培花生基因组结构变异,深入揭示了花生基因组含量变化及与种子大小、抗病性、油脂代谢和固氮的关系,揭示了栽培花生的起源、物种进化和栽培驯化,阐明了花生基因组在助推花生分子育种和基础生物学研究方面的重要作用。

“花生的产量、品质、抗性都是基因控制。长期以来,四倍体花生基因组研究一直未能破译,像花生的黄曲霉污染等难题一直未能解决,严重影响了花生生产问题解决和产业发展。”中国工程院谢华安院士评价说:“庄伟建教授率领科研团队高质量破译栽培种花生全基因组序列精细结构,对一些重要生物学问题进行了系统深入的解释,取得了重大突破。这对花生的基础和应用研究将起巨大的推动作用,使花生的全基因组选择育种、精准育种成为可能,可大大提高花生产量、品质、抗性、安全新品种育种效率,一些复杂问题有望解决,对促进我国和世界花生产业可持续跨越式发展具有重大意义。”