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中外團隊破譯四倍體栽培種花生全基因組

  日前,福建農林大學教授莊偉建聯合印度國際半干旱熱帶作物研究所、華北理工大學等23個研究機構,在全世界范圍內首次破譯了四倍體栽培種花生的全基因組,研究成果在線發表于《自然—遺傳學》。該項研究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、花生基因組結構變異、花生物種起源與分子育種研究方面處于國際領先水平。

  因異源四倍體栽培種花生基因組大、結構復雜,研究難度大;花生基礎生物學研究、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研究落后,影響了產業發展。栽培種花生基因組是節段異源四倍體,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量栽培種花生全基因組序列和精細結構框架,并精確注釋到無冗余等位基因水平;在此基礎上全面系統深入比較花生與其他豆科物種及雙子葉植物葡萄的基因組,揭示了花生與其他豆科物種染色體起源、核型演化和栽培種花生基因組結構變化,重構了花生及豆科物種主要類群染色體數量和結構變化復雜歷程,并發現花生核型是直接從豆科祖先染色體獨立進化產生;為解釋花生物種特有的生物學性狀演化提供了遺傳依據。

  栽培花生四倍化后種子大小、抗病性、含油量等發生了極大變化,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系。

  研究系統揭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47萬~42萬年前,其兩個變種和各亞種是獨立演變和馴化形成的,揭示了現代花生育成品種的基因組結構,特別是提出了全新的花生演化學說,這將為花生遺傳改良提供理論指導。

  該研究首次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生雙基因隱性突變高油酸新材料。該研究使花生的全基因組選擇育種、精準育種和大規模基因組編輯成為可能,可大為提高花生遺傳改良效率,培育更高產、優質、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。

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