科技日報記者 王延斌 通訊員 王靜
在“穩產、高產、優質”的目標下，大豆育種需要借助更多的優秀基因資源實現突破，其中兼具遺傳多樣性、抗性強、耐旱熱等諸多優勢的多年生野生大豆便脫穎而出。不過，對國際大豆育種界來說，多年生野生大豆基因組十分龐大，重復序列多，高度雜合，缺乏高質量染色體級別的基因組做參考。
3月15日，國際植物學領域期刊《自然—植物》在線發表了一項來自中國科學家的成果。該成果指出山東農業大學張大健教授課題組首次獲得了多年生野生大豆（即大豆Glycine亞屬）的高精度基因組圖譜，此舉填補了國際大豆屬泛基因組的空白，解析了大豆進化歷程，高效準確挖掘了大豆基因組的結構變異，拓寬了大豆分子育種可利用的基因資源，為大豆遺傳基礎解析、馴化性狀調控基因挖掘及種質創新提供了重要的理論支撐。
多倍體亞基因組非均衡進化的分子機制
大豆是關系國計民生的重要基礎性、戰略性物資，是最具經濟效益的作物，也是實現“讓中國種子保障中國糧食安全”目標的重要作物。野生大豆比栽培大豆有更豐富的生物多樣性和基因資源，可用于提升栽培大豆的抗逆性、種子蛋白質和次級代謝產物含量等農藝性狀。而野生大豆參考基因組在比較基因組和進化研究中有重要價值，可幫助尋找重要基因，最終改良栽培大豆品種，實現研發穩產、高產、優質大豆的目標。
多年生野生大豆基因組解析
栽培大豆原產中國，由祖先野生大豆長期定向選擇、改良馴化而成。但殘酷的現實是在長期馴化和改良過程中，僅有少量基因資源被選擇用于育種，產生嚴重的遺傳瓶頸效應。
上述成果意味著該團隊首次解析了多年生野生大豆的基因組，找到了栽培大豆在進化過程中“遺失的”約70%的基因資源，這些都是選育大豆高產優質新品種的有效基因靶點。
張大健教授與團隊學生一起進行科學實驗（右二）
該文章通訊作者張大健教授向科技日報記者介紹，科研人員在世界范圍內選取了5個具有代表性的Glycine品種（分別為Glcyine亞屬中A、B、C、D、F基因組型代表）和1個自然形成的異源四倍體（AADD）多年生大豆進行了全基因組測序。綜合利用二代、三代、Hi-C等測序技術，組裝得到了染色體級別的高質量參考基因組，首次構建了Glycine泛基因組。他們鑒定出109,827個多年生大豆中的非冗余基因位點，并發現其中約70%的基因位點在Soja亞屬中丟失，為大豆育種提供了豐富的遺傳多樣性基礎。
一年生-多年生關鍵差異基因
此外，該團隊還鑒定出183個大片段基因組結構變異，這些變異影響著大豆開花時間、抗病性、抗逆性等重要的表型特征。據了解，該團隊利用分子標記輔助技術，已選育出適宜黃淮海地區種植的高產高油大豆品種，已參加山東大豆區域試驗，表現良好。
（圖片均由張大健教授團隊提供）
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