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                                                                  作物基因組學研究進展
                                                                  凤凰彩票app下载:中國科技網   發佈者:張小圈   日期:2018-06-07   今日/總瀏覽:25/19453

                                                                  農作物.jpg

                                                                  摘要:農作物基因組學研究的發展aaa,對於有效利用現代分子生物學手段進行物種的遺傳改良發揮了重要作用aaa。隨着測序技術的發展aaa,已經實現對重要農作物aaaaa,如水稻、小麥、玉米、大豆、油菜、棉花、蔬菜等作物基因組的測序或重測序aaaa,在此基礎上完成對控制重要農藝性狀基因的克隆和鑑定aaaa。本文綜述了2017年度主要農作物基因組研究方面取得的一系列重要進展aaa。

                                                                  1、基因組學領域論文分析

                                                                  在SCIE數據庫共獲得954篇基因組學研究相關的文獻aaa。中國發文量最多aaa,共339篇aaa,約佔該領域發文總量的一半aaa;美國發文數量爲163篇aaaaa,排名第2aaaa;德國發文量爲49篇aaa,排名第3aaa;印度、韓國、日本、法國和澳大利亞緊隨其後aaa,發文量分別爲48篇、35篇、33篇、29篇和28篇(表1)aaaaa。

                                                                  中國機構表現較突出aaa,共有6個機構進入該領域論文數量TOP10行列aaaa。中國農業科學院發文量爲31篇aaa,排名第1aaa;其次是華中農業大學和中國科學院aaa,論文數量各爲22篇aaa;南京農業大學發文19篇aaa,排名第3(圖1)aaaa。

                                                                  2、基因組學研究態勢分析

                                                                  農作物基因組學研究的空前發展正推動着農業的第二次“綠色革命”aaaaa。全基因組的剖析aaaaa,可以提供每個農業生物物種或品種全基因組的遺傳信息aaa。尤其是對控制重要農藝性狀的基因組成情況分析aaaaa,以及對調控複雜性狀的分子網絡的解析aaa,皆得益於高效與廉價測序技術的發展aaaaa。目前已經實現了對重要農作物aaaa,如水稻、小麥、玉米、大豆、油菜、棉花、蔬菜等基因組測序或重測序aaaaa,實現了對控制重要農藝性狀關聯基因的大規模克隆和鑑定aaa。2017年度經過全球科學家的努力aaaa,在主要農作物基因組研究方面取得了一系列重要進展aaaaa。

                                                                  2.1水稻基因組研究

                                                                  水稻(Oryza sativa L.)既是重要的糧食作物aaa,也是生物學研究的模式植物aaa。近年來aaa,我國水稻功能基因組學研究一直走在世界前列aaa,高質量的水稻參考基因組序列可謂功不可沒aaaaa。中科院遺傳發育所樑承志課題組與四川農業大學李仕貴合作aaaaa,利用PacBio單分子測序技術結合fosmid文庫測序以及遺傳圖譜的相關結果aaa,對秈稻品種蜀恢498進行測序aaaa,並通過BioNano光學圖譜進行進一步的驗證aaaa,最終獲得了一個長度爲390.3Mbaaaa,共由17個連續DNA片段(Super⁃Contig)組成的水稻基因組aaaa。該研究組裝了蜀恢498除了5個着絲粒區域和少數幾個串聯重複序列區域以外的整個基因組aaa,與已公佈的水稻及擬南芥等植物基因組相比aaa,蜀恢498的基因組具有更高的完整性、更好的連續性以及更低的錯誤率aaa,是目前所有高等動植物中組裝質量最高的基因組aaa。通過對蜀恢498與日本晴這兩個基因組的基因序列進行比較發現aaa,這兩個品種超過2/3的基因在序列上存在差異aaaa。同時aaaaa,比較結果顯示兩個基因組之間也存在大量的因轉座子插入引起的染色體結構變異aaaaa。此外aaaaa,研究人員還成功組裝出蜀恢498完整的線粒體序列aaa,指出了日本晴線粒體序列中存在的錯誤aaaa,並進一步發現了目前日本晴基因組參考序列中摻雜了許多的線粒體和葉綠體序列aaaa,相關結果對於日本晴核基因組和線粒體基因組的數據提供了補充和修正aaaaa。

                                                                  蜀恢498基因組測序工作的完成aaa,對於水稻尤其是秈稻優異等位基因資源的挖掘和利用、秈稻羣體的全基因組關聯分析的相關研究具有很重要的應用價值aaaa,同時對於提高目前高等動植物基因組的組裝質量具有重要的指導意義aaaaa。

                                                                  雜草稻(Oryza sativa L.)是一類具有栽培稻外表、雜草特性的水稻aaaaa,因其具有較強的適應性、生育期短、易落粒、種子休眠時間長等特點aaa,在田間能夠與栽培稻競爭光、水分和養分aaa,對水稻的產量與品質危害極大aaaa。美國的雜草稻從形態學上主要分爲SH(straw hull)、BHA(black hull awned)兩大類aaaa,以華盛頓大學Olsen教授領銜的中美科研人員aaa,通過對美國本土的18個SH和20個BHA雜草稻進行全基因組測序aaaaa,並與145種已公佈的水稻基因組序列(包括89種栽培稻、53種野生稻和3種中國中部雜草稻)進行比對分析aaa,結果表明SH和BHA類雜草稻分別與東南亞秈稻以及aus稻親緣關係較近aaa,而中國雜草稻(凤凰彩票app下载於江蘇省)則屬於中國秈稻類型aaaa。通過比較中美雜草稻基因組中栽培稻和野生稻特有SNPs的分佈比例aaaa,研究人員發現中國雜草稻包含大部分栽培稻的特異SNPsaaaa,而美國雜草稻基因組中野生稻特異SNPs比例要高於栽培稻SNPsaaaaa,BHA類雜草稻SNPs的分佈比例竟與野生稻高度相似aaaa,表明中國雜草稻與栽培稻關係更近aaa,而美國雜草稻則不然aaaaa,BHA類雜草稻與野生稻的親緣關係更近aaa。從進化時間上看aaaa,3類雜草稻均要晚於水稻馴化以及品種內部分化時期aaaa。

                                                                  進一步通過對3類雜草稻中與水稻馴化以及改良相關的基因進行分析aaaaa,在PROG1(直立株型基因)、sh4(落粒基因)、OsLG1(穗型基因)這3個代表馴化早期的基因中aaa,3類雜草稻的變異位點與栽培稻一致aaaa,表明了雜草稻起源於馴化後的栽培稻祖先aaa,支持了去馴化(de⁃domestication)是雜草稻起源的這一觀點aaaa。而在大部分改良型基因位點aaaaa,SH型雜草稻變異和中國雜草稻以及栽培稻一致aaa,而BHA類雜草稻與野生稻更爲一致aaaaa,表明雜草稻的進化在水稻馴化的早期和晚期都有可能發生aaaa。研究人員進一步分析了形成雜草稻特性的遺傳學基礎aaaaa,發現雜草稻中維持基本生物過程的基因並沒有顯著增加aaaa,與組織發育、與抗逆相關的基因可能在不斷富集aaaa,這與雜草稻有着較快的生長速度以及較強的抗逆性可能不無關係aaaaa。同時aaaa,與雜草稻適應性的相關基因通常成簇存在aaa,形成少數的基因組島(genomic islands)aaaaa,暗示了雜草稻進化過程的選擇僅發生在基因組相對較小區域的位點上aaaaa。這些基因組島與目前已定位的與雜草稻馴化相關的QTL位置吻合aaa。

                                                                  中國是一個水稻生產大國aaa,雜草稻對我國糧食安全的危害近年來日趨嚴重aaa。無獨有偶aaa,浙江大學樊龍江等課題組也對國內的雜草稻起源與進化進行了相關的報道aaaaa。研究人員通過收集我國境內雜草稻危害最爲嚴重地區:江蘇、廣東、遼寧和寧夏4地的155份雜草稻和76份當地栽培稻品種進行了全基因組重測序和羣體分析aaaa,發現4地的雜草稻羣體各自相互獨立起源於栽培稻aaaaa,其中江蘇、廣州雜草稻起源於秈稻aaaa,而遼寧、寧夏的雜草稻則起源於粳稻aaa,且在起源過程中遭受了強烈的短期遺傳瓶頸效應aaaa。進一步分析發現雖然4個雜草稻羣體起源多樣aaa,但是在7號染色體60~64Mb區間內存在趨同進化區域aaaaa,包含決定種皮顏色基因Rc和一系列編碼水稻過敏性蛋白在內的15個關鍵基因aaaaa。這些基因可能在雜草稻的起源和進化過程中扮演了重要的角色aaa。通過對等位基因的頻率變化分析發現aaa,已有變異(standing variation)對於雜草稻的環境快速適應性起到了關鍵作用aaaaa,而新突變(new mutation)對於雜草稻尤其是秈型雜草稻的進化作用明顯aaa。同時研究還表明雜草稻基因組上發現很多區域受到了平衡選擇信號aaaa,這有助於雜草稻產生更多的遺傳多態性以適應複雜的生存環境aaa。

                                                                  以上兩篇報道揭示了美國和中國雜草稻的起源、進化以及環境適應性的機制aaaa,加深了人們對農作物馴化和去馴化遺傳機制認識aaaa,對於世界範圍內的雜草稻的控制與防治乃至全球糧食安全都有着非常積極的意義aaaaa。

                                                                  2.2小麥基因組研究

                                                                  小麥是全球最重要的糧食作物之一aaaa,小麥的穩產和增產對我國乃至全世界糧食安全的影響舉足輕重aaaaa。近年來由於全球氣候變化、環境變化的影響aaa,小麥生產面臨嚴峻的挑戰aaaa,對於小麥的育種和品種改良工作提出了新的要求aaaa。普通小麥(Triticum aestivum L.)是3個不同亞基因組形成的異源六倍體物種(AABBDD)aaaa,由早期的野生二粒小麥與粗山羊草天然雜交而來aaa。其基因組非常龐大且結構異常複雜aaaaa,富含大量的重複序列aaaaa,這些特點使得小麥基因組學的研究遠遠落後於水稻和玉米等二倍體植物aaaa,嚴重製約了小麥功能基因組學研究和育種工作的深入aaaaa。

                                                                  野生二粒小麥(T.turgidum subsp. dicoccoides(Körn.)Thell)是栽培小麥的四倍體祖先種aaaa。以色列等多國研究人員對野生二粒小麥種質Zavitan進行了全基因組鳥槍法測序aaa,結合3DHi⁃C數據和遺傳圖譜信息將105Gb基因組序列組裝到14條染色體中aaaa,其中101Gb序列能錨定到14條染色體上aaaaa。同時aaaa,研究人員對野生二粒小麥不同發育階段的各個組織進行了RNA測序aaaa。建立了65012個高可信度的基因模型並分析了相關基因的分佈aaa。同源性分析進一步表明aaaaa,在亞基因組間的aaa,有72.3%的基因都有其同源基因aaaa。全基因組中aaaaa,有82.2%的序列註釋爲轉座子序列aaa,而且這個比例在不同亞基因組間大致相當aaaaa,主要由長末端重複逆轉錄轉座子組成aaaaa。研究人員還對一個大麥關鍵馴化基因TtBtr1進行研究aaa,在野生小麥馴化的過程中aaaa,麥穗變得不易破碎aaaa,從而表現爲不易落粒aaaa。通過構建定位羣體aaaa,研究人員發現了調控麥穗脆性表型的基因組區域aaaa,並最終推測馴化小麥含有的TtBtr1⁃A和TtBtr1⁃B等位基因變異可能引起蛋白質功能喪失aaaa,導致麥穗不易破碎aaa。同時作者還檢測了二粒小麥中可能受到選擇的馴化區域aaaaa,發現與野生二粒小麥相比aaaa,栽培二粒小麥間遺傳多樣性僅略微降低aaaaa。

                                                                  粗山羊草(Aegilops tauschii Coss.)是六倍體小麥D基因組的二倍體祖先aaaaa,是小麥重要的遺傳資源aaaa。美國加州大學等研究機構基於BAC序列結合全基因組重測序序列、PacBio技術以及遺傳圖譜並利用BioNano單分子光學圖譜技術進行驗證對粗山羊草基因組序列進行測序和組裝aaaaa,最終將約4Gb佔基因組95.2%的序列組裝到7條染色體上aaaaa。這些染色體是由12條祖先染色體通過嵌套的染色體插入(NCIaaaa,nested chromosome insertion)引起非整倍體減少進化而來aaa。粗山羊草的1D、2D、4D和7D染色體主要就是通過NCI這種形式形成的aaaa,5D染色體與可能起源於水稻9號染色體以及12號染色體對應的祖先染色體短臂融合aaa,隨後5DL的Os9部分與4DS的Os3部分相互易位形成aaaaa。

                                                                  粗山羊草基因組中轉座子序列約佔84.4%aaa,其中主要是佔65.9%長末端重複反轉錄轉座子(LTR⁃RTs)aaaa,Gypsy和CACTA分別是最豐富的RNA和DNA轉座子超家族aaaaa。而新發現的1113個TE家族中大多數的拷貝數較少aaaaa。通過對基因組序列的分析aaaaa,研究人員共註釋了83117個基因aaa,包括39622個高可信度的基因以及43495個低可信度的基因aaaa,其中38775個高可信度基因可錨定到染色體上aaaaa,但這些基因中只有5050個是單拷貝基因aaaaa。通過與短柄草、水稻、大麥、高粱以及擬南芥的基因組中註釋的基因相比aaaaa,粗山羊草的基因具有最長的平均外顯子和轉錄本aaaaa,而外顯子平均數目卻少於上述物種aaaa。同時研究人員還對小麥特異基因和抗病基因進行了分析aaaa,並研究了基因在染色體上的分佈規律以及與重組率之間的關係aaaaa,這些研究成果爲小麥新基因的發掘和應用、小麥的品種改良、小麥的進化與多倍體研究以及比較基因組學研究都有着重要的意義aaa。

                                                                  對於粗山羊草的測序工作aaa,中國農科院賈繼增研究團隊也在同時進行aaa,他們利用最新的技術aaa,對小麥D基因組的供體粗山羊草進行重新測序與組裝aaaaa,成功將92.5%基因組序列錨定到染色體上aaaa,完成了D基因組序列的測定aaaaa。研究人員通過對粗山羊草基因組的序列進行分析aaaa,繪製了包括基因位點分佈、基因表達、假基因分佈、甲基化分佈、重組率、microRNAs分佈以及轉座因子(TE)分佈信息的基因組特徵圖aaaa,重點分析了TE對基因組進化、基因結構以及基因表達的影響aaaa。研究發現aaaaa,粗山羊草基因組中有近1/2的基因中攜帶有TEaaaa,而TE通常還會抑制基因的正常表達aaaa。研究結果還表明在粗山羊草基因組中近期發生了一波基因複製事件aaaa。該研究還首次將小麥分子標記和之前檢測到的重要農藝性狀基因和QTL整合到小麥D基因組上aaa,獲得一個完整的高精度整合圖譜aaaaa。將極大促進小麥基因克隆和分子育種工作aaaa。

                                                                  2017年aaaa,小麥結構基因組學取得了長足的進步和發展aaaa,相關研究成果爲小麥的功能基因組學和蛋白組學的研究奠定了堅實的基礎aaaa,將對小麥的分子生物學研究以及分子設計育種工作產生巨大的影響aaa。

                                                                  2.3大麥基因組研究

                                                                  大麥(Hordeum vulgare L.)是世界上馴化最早的飼料和糧食作物aaaa,也是遺傳學研究的模式植物之一aaaaa。作物全球第四大禾穀類作物aaa,大麥在我國國民經濟發展中具有很重要的地位aaa。大麥結構基因組學研究是大麥功能基因組學和遺傳育種研究取得突破性成果的重要前提aaaaa。但是大麥基因組非常龐大aaa,結構複雜並富含轉座因子aaaaa,因此全基因組測序工作難度很大aaaa。李承道和張國平等人aaaaa,綜合運用包括BAC測序、Hi⁃C及BioNano等多種最先進的測序和組裝技術aaaaa,組裝完成了一個目前最爲完整的包含479Gb的大麥Morex高質量參考基因組序列aaaa,其中94.8%的組裝序列被定位到大麥的各染色體上aaaaa。通過分析鑑定了39734個高置信度基因aaa,預測了19908個長鏈非編碼RNA和792個microRNA前體基因位點aaaa,並利用Hi⁃C技術對大麥染色體特徵及行爲規律進行探索和驗證aaaaa。大麥基因組主要由高拷貝重複序列組成aaaaa,約808%的序列爲轉座因子aaaaa,作者同時解析了重複元件以及基因在染色體上分佈的特點aaaa,重點分析大麥麥芽品質相關基因家族的特點aaaaa,明確了相關基因的變異類型aaa,通過對現代核心種質資源的SNPs進行剖析aaaa,指出了大麥基因組中易受遺傳侵蝕的區域aaaa,爲拓寬栽培大麥日趨狹窄的基因庫提供了相應的策略aaaaa。高質量的大麥基因組參考序列的發表aaa,爲大麥優質基因資源的克隆和利用提供了強有力的工具aaaa,也爲高品質大麥育種指明瞭方向aaaa。

                                                                  大麥是有稃大麥(皮大麥)和裸大麥的統稱aaaaa,我們習慣所說的大麥是指皮大麥aaaa,而裸大麥在各地稱謂不同aaaa,在青藏高原則被稱作青稞aaaa,青稞具有廣泛適應性和強抗逆性等特點aaa,是青藏高原地區主要的糧食作物aaa。浙江大學張國平課題組利用第三代測序技術PacBio對藏區種植面積最大的青稞品種藏青320進行測序分析aaaa,從頭組裝出484Gb的基因組aaa,其中459Gb可錨定到大麥7條染色體上aaaaa。分析表明該基因組共有46787個具有高可信度的基因aaa,其中31564個基因信息在39個野生和栽培大麥RNA測序數據庫以及NCBI非冗餘蛋白數據庫中獲得了驗證aaaa。此外aaaaa,研究人員以青稞作爲參考基因組aaaaa,比較皮大麥(Morex)和裸大麥(藏青320)基因組間的差異aaaaa,顯示二者親緣關係較近aaa。藏青320的參考序列的公佈填補了大麥Morex基因組序列的部分缺口aaa。相關結果對於大麥的遺傳改良具有重要意義aaa。

                                                                  2.4玉米基因組研究

                                                                  玉米(Zea mays L.)是世界上分佈最廣的農作物之一aaaaa,自2009年玉米自交系B73的測序完成以來aaaaa,參考基因組版本不斷更新aaaaa,但是由於玉米基因組結構非常複雜aaaaa,存在高密度的重複序列以及高活性的轉座子aaaa,這爲玉米功能基因組的測序和組裝提出了新的挑戰和提升空間aaaaa。2017年aaaa,美國研究人員使用先進的單分子實時測序和高分辨率光學制圖技術對玉米近交系B73進行測序aaaa,從頭組裝出2106Mb大小的參考基因組aaaa。與之前的測序組裝技術相比aaa,新技術增加了重疊羣長度aaaaa,改進了基因間隔與着絲粒區域的組裝質量aaaaa,更新的基因註釋aaaa。玉米基因組主要由轉座元件構成aaa,本研究共鑑定出130604個結構完整的逆轉錄轉座子(1268Mb)aaaaa,有助於我們理解玉米轉座子的發生進化史aaa。通過比較最新的B73基因組圖譜與另外兩個自交系Ki11系和W22系基因組圖譜aaa,發現後兩個品系的基因組與B73的基因組序列差異巨大aaa,分別只有32%和39%的序列能匹配到B73基因組序列上aaaa。表明玉米不同自交系之間基因組變異很大aaaaa,具有良好的可塑性aaaaa,爲其不斷適應新的環境提供遺傳基礎和可能aaaa。

                                                                  現代栽培玉米是大約9000多年前由生長在低海拔地區的野生大芻草馴化而來aaaaa。衆所周知aaaa,馴化過程對作物來說aaaaa,意味着優異的基因資源丟失以及遺傳多樣性喪失aaaa。利用野生資源進行作物的遺傳改良越來越受到育種學家的重視aaaaa。而大芻草(Zea mays ssp. mexicana Iltis)可以與現代栽培玉米進行自由雜交aaaaa。從而實現優異基因滲透aaaaa,爲現代栽培玉米育種和改良提供了一條新途徑aaaa。華中農大嚴建兵等課題組利用玉米Mo17與大芻草類蜀黍的回交重組自交系羣體aaa,結合二代和三代測序技術aaaa,組裝出了較高質量的玉米Mo17和mexicana基因組aaa,基因組大小分別爲204Gb和120Gbaaa。預測的高可行度基因爲40003個和31387個aaaaa。通過比較發現同屬玉米屬的Mo17、B73以及mexicana三者基因組存在較大的結構變異aaa,研究人員進一步調查了895個近交系aaa,發現10.7%的玉米基因組與mexicana基因組存在基因滲透aaaa,暗示了大芻草可能爲玉米的環境適應性提供了基因資源aaaaa。本研究可深入挖掘來自野生玉米材料中的優異基因aaaaa,爲玉米的遺傳改良提供了寶貴的基因資源aaaaa。

                                                                  2.5棉花基因組研究

                                                                  棉花是重要的天然纖維和油料作物aaaaa,也是研究多倍體進化和作物馴化的重要模式植物aaaaa。南京農業大學張天真等課題組通過將栽培棉與野生棉對比aaa,繪製出了棉花表觀遺傳基因的“甲基化基因圖譜”aaaaa,對野生棉和栽培棉之間超過1200萬個的差異甲基化胞嘧啶進行分析aaa,鑑定出519個表觀等位基因(epialleles)aaaa,這些基因可能在異源四倍體棉花的進化和馴化過程中發揮作用aaaa。同時本研究還重點分析了光周期敏感基因COL2在野生棉和栽培棉中因甲基化水平的差異aaaa,而導致不同的光周期敏感性和適合種植區域aaaaa,表明了DNA甲基化在棉花馴化過程中的重要作用以及育種上的用途aaaa。棉花甲基化基因圖譜展示了棉花基因組在進化過程中的DNA甲基化變化的一系列特點aaa,爲幫助研究人員選育出高產、優質、多抗的棉花新品種提供了重要參考線索aaaaa。通過對318份棉花地方品種和現代改良品種(系)的全基因組重測序aaaa,分析了基因組的遺傳變異和種羣結構aaa,揭示了現代改良棉花品種高產優質的遺傳基礎和演化規律aaaaa。通過對中國地區種植的258份棉花種質進行全基因組關聯分析aaaaa,鑑定了119個與產量、纖維品質、黃萎病抗性等關聯位點aaa。並發現了兩個參與乙烯途徑的基因與棉花增產相關aaaaa。本研究爲棉花精準育種和改良提供了基因組學基礎aaaa,具有非常重要的理論和應用價值aaa。

                                                                  目前aaa,生產上主要棉花栽培種爲異源四倍體陸地棉(Gossypium hirsutum L.)aaaaa,陸地棉具有很長的馴化和栽培歷史aaaaa,長期的人工馴化選擇了一些優異的變異aaaaa,改變了陸地棉的主要農藝性狀aaa,但卻不可避免得造成陸地棉遺傳資源的流失aaaaa。中國的陸地棉遺傳多樣性較爲單一aaaaa,遺傳資源狹窄aaaaa,使得棉花遺傳育種工作長期以來進展緩慢aaaa。張獻龍等從世界各地收集了31份棉花野生種和321份栽培種進行全基因組重測序aaaaa。對包括單鹼基多態性(SNP)aaaaa,插入/缺失(InDel)和結構變異(SV)進行檢測構建了陸地棉的基因組變異圖譜aaaa。通過將野生種與馴化種進行比較aaaa,分析控制陸地棉的纖維產量和品質這些性狀改變的遺傳學基礎aaa,在全基因組範圍內鑑定了93個馴化選擇區間囊括了1777個基因aaaa,涉及植株形態、產量、纖維品質以及黃萎病抗性等諸多農藝性狀aaaa。研究人員還對267份棉花材料進行全基因組關聯分析aaaaa,鑑定出19個與纖維質量相關的顯著位點aaaa,其中16個位點以前未見報道aaaa,可進一步用於對棉花纖維品質的遺傳改良aaa,同時該研究還對非編碼區的調控變異進行分析aaaaa,鑑定了大量啓動子上的順式調控元件和增強子元件aaaa,此外還提供了棉花的馴化過程A和D兩個亞基因組存在不對稱選擇的證據aaaaa,以上結果爲棉花優異等位基因的挖掘和農藝性狀的改良提供了重要參考aaaa。

                                                                  2.6大豆重要性狀遺傳網絡解析

                                                                  大豆(Glycine max(L.)Merr.)是人類蛋白質和油類的主要凤凰彩票app下载之一aaaaa,是一種非常重要的糧油飼料作物aaaa。目前我國大豆主要依賴進口aaaaa,大豆生產面臨非常嚴峻的形勢aaaa,這爲大豆育種提出了巨大的挑戰aaa。中國科學院遺傳發育所田誌喜等課題組通過對800多份大豆材料進行全基因組關聯分析aaa,深入解析了大豆84個農藝性狀間的遺傳調控網絡aaaa,確定了245個重要的遺傳基因位點aaa,明確了14個與脂肪酸積累相關的基因aaa,爲大豆的分子設計育種提供重要的理論基礎aaaaa。利用連鎖不平衡分析aaa,發現大豆的51個不同農藝性狀可通過115個關聯位點相互聯繫起來aaaa,形成複雜的、多性狀、多位點的遺傳調控網絡aaaaa,其中23個關聯位點起到了關鍵調控作用aaa,並對其中部分位點在不同性狀耦合中的作用進行了驗證aaa。大豆的產量性狀是一個多基因控制的複雜性狀aaaaa,該研究通過對大豆產量性狀進行解析aaaaa,明確其遺傳調控網絡和關鍵調控單元aaaa,對大豆的分子設計育種具有重要的指導意義aaaaa。

                                                                  2.7珍珠粟基因組研究珍珠粟

                                                                  (Cenchrus americanus(L.)Morrone)是一種異花授粉的二倍體植物aaaaa,主要分佈在非洲、印度及南亞等地aaaa,具有耐乾旱、耐貧瘠、耐酸等優良特性aaaa。作爲一種C4作物aaa,珍珠粟具有非常高的光合效率和生物學產量aaaaa,而且營養豐富aaaa,在半乾旱地區的糧食種植產業中有着重要的地位aaaa。研究人員採用二代測序技術aaaa,對珍珠粟全基因組進行了測序、成功組裝了7條染色體aaaa。根據估計aaaaa,珍珠粟的基因組大小爲1.76Gbaaaaa,其中80%以上的基因組序列爲重複序列aaaa,存在超過38000個基因aaaaa,並註釋了27000多個基因aaaaa。科研人員在珍珠粟基因組中驗證了378個與植物抗性相關的NBS基因aaa,其中有26.2%和25.7%分別位於4號和1號染色體aaa,與報道的霜黴病抗性位點吻合aaaaa。同時還發現與耐熱和耐旱相關的基因家族在基因組中富集aaaaa。通過對珍珠粟的馴化和進化史進行分析aaa,發現栽培羣體可能起源於西非中部的野生羣體aaaaa。並鑑定了栽培品種在馴化過程的受選擇區域以及相關基因aaaaa,通過對珍珠粟近交種質羣體的288個測交後代進行了20個性狀的GWAS分析aaaaa,發現每穗實粒數等15個產量性狀與1000多個標記存在關聯aaaaa,這些標記將可能用於珍珠粟的遺傳育種aaaaa。珍珠粟基因組相關研究成果的公佈將會有助於人們瞭解珍珠粟的遺傳資源aaaaa,並最終加速珍珠粟的品種培育aaaaa。

                                                                  2.8藜麥基因組研究

                                                                  藜麥(Chenopodium quinoa Willd.)爲一年生四倍體草本植物aaa,具有耐乾旱、鹽鹼、病蟲害等特性aaaaa,同時藜麥富含極高的營養價值是開發潛力巨大的一種作物資源aaa。但是目前對於藜麥的基因組研究卻相對缺乏aaa,以沙特爲首的國際團隊aaaaa,綜合利用PacBio測序技術、結合Bionano光學圖譜、Hi⁃C技術以及遺傳圖譜組裝得到了1.39Gb大小的高質量的藜麥參考基因組序列(基因組大小估值1.45~1.50Gb)aaaaa,獲得註釋的基因大約有44776個aaa,該基因組64%由重複序列構成aaa,包含大量的長末端轉座因子aaaa。爲進一步瞭解藜麥的基因組結構和進化史aaa,作者對藜麥A基因組二倍體C.pallidicaule Aellen和B基因組二倍體C.suecicum J.Murr進行了測序aaa,並對亞基因組的結構和組成進行了分析aaaaa,初步估計藜麥的四倍化大約發生在3.3百萬~6.3百萬年前aaaaa。並通過對15個凤凰彩票app下载於高原和沿海的藜麥樣本以及祖先種進行了重測序aaaaa,進化樹分析表明藜麥是在一次獨立事件中從C.hircinum Schrad.馴化而來aaaa,而高原藜麥和沿海藜麥可能在各自的環境中獨立馴化而來aaa。最後D.E.Jarvis等對藜麥皁素產生的相關基因進行分析aaaaa,爲藜麥的遺傳改良奠定了基礎aaa。

                                                                  2.9橡膠草基因組研究

                                                                  橡膠草(Taraxacum kok⁃saghyz L.E.Rodin)是多年生的二倍體草本植物aaaaa,根部可產生高質量的天然橡膠和菊糖aaa。具有地理適應範圍廣、生長週期短、組織培養及基因編輯容易等特點aaaaa,被認爲是一種理想的產膠備選經濟作物和科學研究的模式植物aaaa。中科院遺傳發育所所李家洋課題組利用PacBio單分子測序技術獨立組裝完成了大小爲1.29Gb橡膠草基因組草圖aaa,分析表明橡膠草基因組包含46731個預測基因和多達68.56%的重複序列aaaa。鑑於橡膠草的自交不親和性aaaa,本研究通過對基因組雜合區進行檢測aaaa,發現了橡膠草基因組中與自交衰退相關的可能候選區域aaa。此外通過比較產膠植物與非產膠植物之間的基因組aaaa,鑑定了橡膠草中橡膠合成途徑和菊糖合成途徑的相關基因及其表達情況aaaaa,並闡述了橡膠合成過程中兩個關鍵基因家族CPT/CPTL和REF/SRPP的進化進程aaa。該研究成果標誌着對橡膠草分子生物學研究進入了後基因組時代aaaaa,將推動我國橡膠產業的發展aaaaa。

                                                                  凤凰彩票app下载:《植物遺傳資源學報》aaaa,2018aaaaa,19(3):383⁃389

                                                                  相關新聞