“重測序”尋找高粱遺傳變異 助力糧食作物育種改良

    來自澳大利亞昆士蘭大學(xué)、深圳華大基因研究院等單位的科研人員對一重要糧食飼料作物——高粱進(jìn)行了全基因組測序及分析。該研究比較了44個高粱品種的基因組序列，發(fā)現(xiàn)高粱基因組中存在大量的遺傳變異，為今后高粱及其它糧食作物的育種改良提供了寶貴的遺傳資源，同時也為解決日益嚴(yán)峻的糧食問題奠定了重要的科研基礎(chǔ)。研究結(jié)果于《自然？通訊》（Nature Communications）雜志上發(fā)表。ELISA試劑盒

    氣候變化，環(huán)境惡化，人口增長等都滋生了一系列嚴(yán)重的生態(tài)和社會問題，如何在保護(hù)環(huán)境的前提下，提高糧食產(chǎn)量和發(fā)展新型清潔型能源是擺在科學(xué)家們面前的一道難題。原產(chǎn)自非洲地區(qū)的高粱，具有耐熱、耐旱和高產(chǎn)的特征。據(jù)統(tǒng)計，*每年約有5億人口以高粱為主食。除了作為糧食作物之外，高粱也是一種主要飼料來源及高價值潛在生物能源作物，因此對高粱基因組進(jìn)行研究，不僅可以為了解草本及C4植物光合作用的進(jìn)化機(jī)制提供線索，還可為進(jìn)一步提高高粱產(chǎn)量和作物改良作出積極貢獻(xiàn)。

    在本研究中，來自中澳兩國的科學(xué)家通過對44株不同來源的高粱樣本，包括地方品種（Landraces），改良品種（Improved inbreds）和野生&雜草材料（Wild和weedy），進(jìn)行了全基因組重測序及分析，并對擬高粱（Sorghum Propinquum）進(jìn)行了全基因組測序。研究發(fā)現(xiàn)，高粱（S. bicolor）與擬高粱都存在豐富的遺傳多樣性。通過比較分析，科研人員還發(fā)現(xiàn)不同的高粱品種在基因組中存在著強(qiáng)烈的種群結(jié)構(gòu)差異和復(fù)雜的馴化歷程，包括至少發(fā)生過兩次獨(dú)立的馴化事件，并證實了來自非洲西部的Guinea-margaritiferums基因組與其它栽培高粱品種之間確實存在顯著差異。

    研究人員對8M高質(zhì)量的單核苷酸多態(tài)性（SNP）進(jìn)行了鑒定分析，發(fā)現(xiàn)約83%的SNP分布在基因間區(qū)，而編碼區(qū)則相對較為保守，含有較少的SNP位點(diǎn)。野生&雜草材料的SNP數(shù)量顯著高于地方品種和改良品種，這說明遺傳多樣性在高粱馴化和改良的過程中存在下降的趨勢，進(jìn)一步研究還鑒定了基因組中與馴化和改良相關(guān)的基因。同時，研究人員還在高粱基因組中鑒定了.9M的插入和缺失變異（Indel）。GO-SLIM基因功能注釋發(fā)現(xiàn)，這些突變位點(diǎn)主要與細(xì)胞組分（Cellular component）基因相關(guān)，例如與馴化相關(guān)的基因Rc（果皮顏色相關(guān)基因）和su（淀粉合成相關(guān)基因）。此外，在高粱基因組中還發(fā)現(xiàn)了大量的拷貝數(shù)變異（CNV），基因缺失和獲得事件（Gene loss and gain events）。這些遺傳變異的發(fā)現(xiàn)為高粱的改良和馴化提供了重要的科研依據(jù)。

    華大基因該項目負(fù)責(zé)人太帥帥指出：“作物的馴化和改良一直是育種學(xué)家和遺傳學(xué)家的主攻課題，本研究對44株高粱品種進(jìn)行測序分析，發(fā)現(xiàn)了一系列的變異位點(diǎn)，為高粱的遺傳多樣性研究以及育種改良提供了寶貴的遺傳資源。同時，這也是華大基因繼水稻基因組、大豆基因組和玉米基因組之后的又一個重大科研突破。”ELISA試劑盒