花生要“多產(chǎn)”，先得“長(zhǎng)大”。這一看似簡(jiǎn)單的邏輯，背后卻藏著復(fù)雜的遺傳奧秘。
近日，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)殷冬梅教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)期刊《Nature Genetics》發(fā)表重磅研究成果，首次繪制了高質(zhì)量的花生泛基因組圖譜，并找到了影響花生籽粒大小和重量的“關(guān)鍵分子開(kāi)關(guān)”，為未來(lái)花生基因組學(xué)輔助改良育種提供了理論基礎(chǔ)和新思路，為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)花生的培育按下“快進(jìn)鍵”。該成果被業(yè)內(nèi)譽(yù)為花生科研領(lǐng)域的“里程碑式突破”，也為“花生高產(chǎn)育種提供了重要靶標(biāo)”。
從269份全球花生種質(zhì)中找答案
花生起源于南美洲，是農(nóng)作物中唯一地上開(kāi)花、地下結(jié)果的豆科作物，基因組大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜?？蒲袌F(tuán)隊(duì)采集了來(lái)自全球34個(gè)主要花生產(chǎn)區(qū)的269份種質(zhì)資源，包括野生種、地方品種和現(xiàn)代改良品種，包括2個(gè)二倍體野生種、2個(gè)四倍體野生種和4個(gè)栽培品種代表，幾乎覆蓋了花生的“前世今生”。
殷冬梅團(tuán)隊(duì)通過(guò)高精度基因組組裝，繪制了全球首個(gè)高質(zhì)量花生泛基因組圖譜，構(gòu)建了完整的“泛基因組圖譜”，就像為花生家族繪制了一份精細(xì)的“家譜”。在這份精密“家譜”中，首次揭示了全基因組水平的結(jié)構(gòu)變異(SV)對(duì)花生產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響，精準(zhǔn)定位到了決定籽粒大小與重量的關(guān)鍵變異，為花生產(chǎn)量和抗病遺傳改良提供了重要的遺傳資源和新思路。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，決定花生果實(shí)大小和重量的秘密，藏在基因組中的“結(jié)構(gòu)變異”(SV)里。影響花生籽粒大小最重要的“主角”，是一個(gè)名叫AhARF2-2的基因。它的一處微小結(jié)構(gòu)變異會(huì)導(dǎo)致其功能發(fā)生變化，從而“放松了”對(duì)籽粒膨大的抑制作用，讓花生籽粒“可以放心長(zhǎng)大”。
研究人員進(jìn)一步將該變異導(dǎo)入模式植物擬南芥中，結(jié)果顯示：種子明顯更大了。這一突破為未來(lái)通過(guò)分子育種手段培育高產(chǎn)花生品種提供了精準(zhǔn)靶點(diǎn)。此外，還發(fā)現(xiàn)另一個(gè)與籽粒重量顯著相關(guān)的變異基因AhCKX6.也是未來(lái)育種中的“潛力股”。
為花生育種提供精準(zhǔn)“加速器”
花生是全球重要的油料與經(jīng)濟(jì)作物，其單產(chǎn)水平的提升對(duì)于保障植物油和優(yōu)質(zhì)蛋白的供給、維護(hù)糧油安全具有舉足輕重的作用。殷冬梅團(tuán)隊(duì)這項(xiàng)研究不僅豐富了人類對(duì)花生基因組的理解，也為花生產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的應(yīng)用前景。
對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院錢前院士給出高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為該研究“是花生科研領(lǐng)域里程碑式的重大突破，為未來(lái)種質(zhì)創(chuàng)制與育種策略的制定提供了新思路和策略，也為其他作物的泛基因組研究提供了寶貴的借鑒。”
中國(guó)工程院院士張獻(xiàn)龍指出，該項(xiàng)研究不僅填補(bǔ)了花生基因組研究的重大空白，為深入理解花生從野生種到栽培種的演化過(guò)程提供了豐富的遺傳資源，“將加速我國(guó)花生良種培育，會(huì)大大加快培育出更強(qiáng)適應(yīng)性、更高產(chǎn)量和更好品質(zhì)的花生新品種。”
河南農(nóng)業(yè)大學(xué)殷冬梅教授、上海交通大學(xué)韋朝春教授和澳大利亞莫道克大學(xué)Rajeev K. Varshney院士為論文共同通訊作者，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)青年教師趙昆昆、上海交通大學(xué)青年教師薛泓嶂和山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院李國(guó)衛(wèi)研究員為論文共同第一作者。
殷冬梅教授領(lǐng)銜的河南農(nóng)業(yè)大學(xué)花生功能基因組及分子設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，依托于河南省花生基因組與分子育種工程技術(shù)研究中心，主要從事花生基因組與功能基因挖掘，致力于揭示花生產(chǎn)量、品質(zhì)和抗病性狀形成的機(jī)制與調(diào)控途徑研究，圍繞“卡脖子”種業(yè)問(wèn)題開(kāi)展科研攻關(guān)，近年來(lái)相繼發(fā)布全球首個(gè)高質(zhì)量野生異源四倍體花生基因組、全球首個(gè)花生三維基因組圖譜，并圍繞相關(guān)領(lǐng)域在國(guó)際頂級(jí)期刊發(fā)表高水平論文120余篇，取得多項(xiàng)原創(chuàng)性研究成果。
殷冬梅表示，自己最大的愿望就是通過(guò)基因編輯、分子標(biāo)記輔助選擇等現(xiàn)代育種技術(shù)，“為國(guó)家培育出最好的‘金種子’，讓花生真正成為農(nóng)民增收致富的‘金豆子’。”
作者：周紅飛 楊藝辰 農(nóng)民日?qǐng)?bào)·中國(guó)農(nóng)網(wǎng)記者 范亞旭
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