科技日報記者 王延斌  通訊員 王靜

在“穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)”的目標(biāo)下，大豆育種需要借助更多的優(yōu)秀基因資源實(shí)現(xiàn)突破，其中兼具遺傳多樣性、抗性強(qiáng)、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(fù)序列多，高度雜合，缺乏高質(zhì)量染色體級別的基因組做參考。

3月15日，國際植物學(xué)領(lǐng)域期刊《自然—植物》在線發(fā)表了一項(xiàng)來自中國科學(xué)家的成果。該成果指出山東農(nóng)業(yè)大學(xué)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(bǔ)了國際大豆屬泛基因組的空白，解析了大豆進(jìn)化歷程，高效準(zhǔn)確挖掘了大豆基因組的結(jié)構(gòu)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(chǔ)解析、馴化性狀調(diào)控基因挖掘及種質(zhì)創(chuàng)新提供了重要的理論支撐。

多倍體亞基因組非均衡進(jìn)化的分子機(jī)制

大豆是關(guān)系國計(jì)民生的重要基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性物資，是最具經(jīng)濟(jì)效益的作物，也是實(shí)現(xiàn)“讓中國種子保障中國糧食安全”目標(biāo)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(zhì)和次級代謝產(chǎn)物含量等農(nóng)藝性狀。而野生大豆參考基因組在比較基因組和進(jìn)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(shí)現(xiàn)研發(fā)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)大豆的目標(biāo)。

多年生野生大豆基因組解析

栽培大豆原產(chǎn)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(xiàn)實(shí)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(chǎn)生嚴(yán)重的遺傳瓶頸效應(yīng)。

上述成果意味著該團(tuán)隊(duì)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(jìn)化過程中“遺失的”約70%的基因資源，這些都是選育大豆高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)新品種的有效基因靶點(diǎn)。

張大健教授與團(tuán)隊(duì)學(xué)生一起進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)（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(nèi)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(jìn)行了全基因組測序。綜合利用二代、三代、Hi-C等測序技術(shù)，組裝得到了染色體級別的高質(zhì)量參考基因組，首次構(gòu)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(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)其中約70%的基因位點(diǎn)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(chǔ)。

一年生-多年生關(guān)鍵差異基因

此外，該團(tuán)隊(duì)還鑒定出183個大片段基因組結(jié)構(gòu)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(jù)了解，該團(tuán)隊(duì)利用分子標(biāo)記輔助技術(shù)，已選育出適宜黃淮海地區(qū)種植的高產(chǎn)高油大豆品種，已參加山東大豆區(qū)域試驗(yàn)，表現(xiàn)良好。

（圖片均由張大健教授團(tuán)隊(duì)提供）

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