福建農林大學莊偉建教授率領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日在國際學術權威刊物英國《自然·遺傳學》(Nature Genetics)雜志在線發表。該項研究在全世界范圍內*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。該成果對全球花生的遺傳改良具有里程碑貢獻,對我國乃至全球農業的基礎研究具有重要意義。
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,產量達1700萬噸,占世界總產量約40%,占全國油料作物總產(不含大豆)近50%,其種植業產值達1200億元,居全國農作物(水稻、小麥、玉米之后)的第四位。隨著高油酸花生的出現,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質的食品。花生產業將面臨前所未有的廣闊發展前景。但因異源四倍體栽培種花生基因組大、結構復雜,研究難度大;花生的基礎生物學研究、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,長期影響了產業發展。本研究成果將為這些研究領域提供重要基因組資源和技術支撐,極大地促進花生分子遺傳改良和產業升級發展。
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*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。花生育種的主要目標是高產、優質、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生雙基因隱性突變高油酸新材料。因此,本成果在應用基因組資源和技術解決花生重要科學問題實踐上也取得了重大突破。對花生的基礎和應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?;蚪M編輯成為可能,可大大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。研究成果具有重大的科學意義和社會效益,奠定了我國在花生基礎生物學研究的國際前沿地位。
福建農林大學莊偉建教授、ICRISAT(印度國際半干旱熱帶作物研究所)的Varshney研究員、福建農林大學明瑞光教授、華北理工大學王希胤教授是論文的共同通訊作者。
農業網(Agronet.com.cn)微信掃一掃: 盡“掃”天下農商情