福建農(nóng)林大學(xué)莊偉建教授率領(lǐng)科研團隊的研究成果“栽培種花生基因組揭示了豆科植物的核型、多倍體進化和作物馴化(The genome of cultivated peanut provides insight into legume karyotypes, polyploid evolution and crop domestication)”于2019年5月1日在國際學(xué)術(shù)權(quán)威刊物英國《自然·遺傳學(xué)》(Nature Genetics)雜志在線發(fā)表。該項研究在全世界范圍內(nèi)*破譯了四倍體栽培種花生的全基因組,標志著我國在栽培種花生基因組、花生染色體起源、花生及豆科主要類群核型演化、花生基因組結(jié)構(gòu)變異、花生物種起源與分子育種研究方面處于國際領(lǐng)先水平。該成果對全球花生的遺傳改良具有里程碑貢獻,對我國乃至全球農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)研究具有重要意義。
花生是世界上重要的油料作物和大宗農(nóng)作物,是*有影響力的豆科作物之一。全世界有106個國家種植花生,每年種植面積達2500萬公頃。我國是世界花生*大國,種植面積達7500多萬畝,產(chǎn)量達1700萬噸,占世界總產(chǎn)量約40%,占全國油料作物總產(chǎn)(不含大豆)近50%,其種植業(yè)產(chǎn)值達1200億元,居全國農(nóng)作物(水稻、小麥、玉米之后)的第四位。隨著高油酸花生的出現(xiàn),花生將提供與橄欖油、茶籽油一樣或更好的大宗食用油和更優(yōu)質(zhì)的食品。花生產(chǎn)業(yè)將面臨前所未有的廣闊發(fā)展前景。但因異源四倍體栽培種花生基因組大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,研究難度大;花生的基礎(chǔ)生物學(xué)研究、重要基因精細定位與功能鑒定、花生分子遺傳育種和生物技術(shù)研究落后,長期影響了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本研究成果將為這些研究領(lǐng)域提供重要基因組資源和技術(shù)支撐,極大地促進花生分子遺傳改良和產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展。
栽培種花生基因組是節(jié)段異源四倍體,由兩個相近基因組演化而來,一直未能破譯。本項目在國際上率先完成并公布了高質(zhì)量栽培種花生全基因組序列和精細結(jié)構(gòu)框架,并*注釋到無冗余等位基因水平;在此基礎(chǔ)上全面系統(tǒng)深入比較了花生與其它豆科物種及雙子葉植物葡萄的基因組,揭示了花生與其它豆科物種染色體起源、核型演化和栽培種花生基因組結(jié)構(gòu)變化,重構(gòu)了花生及豆科物種主要類群染色體數(shù)量和結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜歷程,并發(fā)現(xiàn)花生核型是直接從豆科祖先染色體獨立進化產(chǎn)生;為解釋花生物種特有的生物學(xué)性狀演化提供了遺傳依據(jù)。栽培花生四倍化后種子大小、抗病性、含油量等發(fā)生了極大變化,本項目在全基因組尺度上揭示了栽培花生基因含量變化,解析了種子大小、抗病性、油脂代謝和特殊固氮特性與基因含量及序列演化的關(guān)系。研究系統(tǒng)深入提示了栽培種花生的物種起源、演化和栽培馴化,證明已測序的野生種A.duranensis不是栽培種花生A亞基因供體,栽培花生起源于42~47萬年前,其兩個變種和各亞種是獨立演變和馴化形成的,揭示了現(xiàn)代花生育成品種的基因組結(jié)構(gòu),特別是提出了全新的花生演化學(xué)說,這將為花生遺傳改良提供理論指導(dǎo)。花生育種的主要目標是高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆,本研究*通過基因組精細定位獲得了花生種子大小、種皮顏色的決定基因、花生抗晚斑病和銹病的R基因簇,通過基因組也證實了誘變產(chǎn)生雙基因隱性突變高油酸新材料。因此,本成果在應(yīng)用基因組資源和技術(shù)解決花生重要科學(xué)問題實踐上也取得了重大突破。對花生的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究將起巨大的推動作用。使花生的全基因組選擇育種、*育種和大規(guī)模基因組編輯成為可能,可大大提高花生遺傳改良效率,培育更高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、安全新品種。研究表明花生基因組也可作為雙子葉植物的重要的參考基因組,用于研究雙子葉植物及豆科物種起源、演化和物種多樣性。研究成果具有重大的科學(xué)意義和社會效益,奠定了我國在花生基礎(chǔ)生物學(xué)研究的國際前沿地位。
福建農(nóng)林大學(xué)莊偉建教授、ICRISAT(印度國際半干旱熱帶作物研究所)的Varshney研究員、福建農(nóng)林大學(xué)明瑞光教授、華北理工大學(xué)王希胤教授是論文的共同通訊作者。
農(nóng)業(yè)網(wǎng)(Agronet.com.cn)微信掃一掃: 盡“掃”天下農(nóng)商情