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天天熱資訊！谷子高質量圖基因組解密

2023-06-14 05:34:31 來源：經濟日報客戶端

(資料圖片僅供參考)

6月8日，中國農業科學院作物科學研究所特色農作物優異種質資源發掘與創新利用團隊，通過對谷子種質資源的基因組變異和群體結構分析，組裝了谷子第一個高質量圖基因組，系統闡明了谷子起源及馴化改良的過程；對谷子及其野生種青狗尾草的1844份核心種質資源進行深入分析，發掘了1084個重要性狀相關位點和基因，創制了谷子圖基因組精準高效育種方法，為培育突破性品種提供了理論基礎和技術路徑。相關成果發表在《自然·遺傳學（Nature　Genetics）》上。

谷子是我國起源的古老作物，隸屬禾本科狗尾草屬，至今仍是旱作農業的主栽作物，更是應對氣候變化和干旱環境的戰略儲備作物。其籽粒小米營養價值高，深受人們喜愛。由于谷子屬于碳四（C4）光合作物和易于實驗室操作等特點，其作為功能基因研究的模式植物近年來也備受國際關注。作物種質資源是優異基因的載體，對種質資源基因組變異的系統性認識和表型性狀的精準鑒定有利于其中優異基因的發掘和利用。

研究團隊在對谷子野生種、農家品種和現代育成品種等1844份核心種質資源群體結構進行解析的基礎上，從頭組裝了110個谷子和狗尾草高質量基因組，繪制了首個狗尾草屬基因組變異圖譜，構建了首個雜糧和C4作物高質量圖基因組，認識了谷子資源變異的基本情況，系統解析了谷子馴化和改良過程中基因組變異。同時，歷時10年在13個地理環境下對680份資源進行了68個性狀的表型調查，形成了226組群體表型數據和表型組數據庫；將基因組變異和表型數據關聯，發掘出1,084個與表型顯著關聯的重要性狀相關位點，如控制產量性狀的SiGW3等。此外，研究還建立了基于谷子圖基因組的最優預測模型和全基因組選擇育種方法，該方法可加速作物遺傳研究并使谷子表型預測精度最高提升12.6%。本研究構建的谷子基因組變異圖譜、多環境多性狀表型組、以及以及批量發掘的重要性狀控制位點和基因，為谷子模式植物體系發展等基礎研究和資源利用提供了重要數據基礎，也為作物種質資源挖掘利用提供了重要參考。

中國科學院李家洋、韓斌、錢前院士，中國工程院劉旭、萬建民院士等對該成果做出了高度評價。專家一致認為，該研究成果通過高質量圖基因組等前沿技術的應用，快速有效完成了種質資源規模化挖掘利用，進一步解析和利用好該研究獲取的大量重要基因組位點，將有助于谷子遺傳和育種研究水平的大幅提升。該研究的思路和方法對其他作物研究有重要借鑒價值，對提高我國作物種質資源的有效利用，保障國家糧食安全意義重大。

作科所刁現民研究員、紐約大學基因組學和系統生物學研究中心Michael　Purugganan教授和作科所賈冠清研究員為該論文共同通訊作者。作科所博士后賀強、副研究員湯沙，研究員智慧，以及中科院動物所陳金鋒研究員為該論文共同第一作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家現代農業產業技術體系、國家自然科學基金和中國農業科學院創新工程等項目資助。（經濟日報記者常理）

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