我科学家获多年生野生大豆高精度基因组图谱

本报讯(记者赵秋丽、冯帆 通讯员王静) 日前,国际植物学领域著名期刊《自然—植物》在线发表了山东农业大学张大健教授课题组在大豆基因组研究领域取得的新成果。该团队首次获得了多年生野生大豆的高精度基因组图谱,填补了大豆属泛基因组的空白,解析了大豆进化历程,高效准确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。

大豆是重要的粮油、饲料兼用作物,在国民经济发展中具有重要的战略地位。近年来,我国大豆进口量持续增长,对外依存度超过80%,严重威胁我国粮食安全,其种质培育和改良工作迫在眉睫。

然而,从又黑又小的野生大豆到又黄又大的栽培大豆,这个过程中会丢失约70%的基因资源,张大健团队经过多年科研攻关,最终找到了这一被视为选育大豆高产优质新品种的有效基因靶点的关键“70%”。相比一年生野生大豆,多年生野生大豆具有遗传多样性丰富、抗病性强、耐旱、耐热、耐盐碱等优势。但由于多年生大豆基因组庞大、重复序列多和高度杂合等特性,一直缺乏高质量染色体级别的参考基因组,更没有泛基因组图谱。

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近年来,张大健团队在世界范围内选取了5个有代表性的二倍体多年生野生大豆品种和1个自然形成的异源四倍体多年生野生大豆进行全基因组测序。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,首次构建了多年生野生大豆泛基因组,并鉴定出109827个多年生大豆中的非冗余基因位点,发现其中约70%的基因位点在一年生大豆亚属中丢失,为大豆育种提供了丰富的遗传多样性基础。大豆遗传育种学家孔凡江表示,这一研究不仅解析了大豆进化历程,而且高效准确挖掘了大豆基因组的结构变异,为大豆的遗传基础解析、驯化性状调控基因挖掘及大豆种质创新提供重要的数据支撑。

结合前期研究内容,针对已发掘的品质和产量重要基因,张大健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。目前该品种已参加山东省大豆区域试验,表现良好。

山东农业大学庄永斌副教授为该文的第一作者,山东农业大学张大健教授和美国普渡大学马渐新教授为该文的共同通讯作者。该研究获得国家重点研发计划、山东省良种工程、泰山学者专家计划、美国国家科学基金会植物基因组研究计划等基金的共同资助。

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