科技日報記者 王延斌 通訊員 王靜
在“穩(wěn)產、高產、優(yōu)質”的目標下，大豆育種需要借助更多的優(yōu)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(yōu)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(fā)表了一項來自中國科學家的成果。該成果指出山東農業(yè)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(chuàng)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(zhàn)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(fā)穩(wěn)產、高產、優(yōu)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(yōu)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(fā)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(qū)種植的高產高油大豆品種，已參加山東大豆區(qū)域試驗，表現良好。
（圖片均由張大健教授團隊提供）
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