我国完成小麦A基因组测序和精细图谱绘制

  北京时间5月10日凌晨1时,国际顶级学术刊物《自然》在线发表了我国科学家完成小麦A基因组测序和精细图谱绘制的研究论文。该项研究全面揭示了小麦A基因组的结构和表达特征,对深入系统研究麦类植物的结构与功能基因组学,以及进一步推动栽培小麦的遗传改良具有重要理论意义和实用价值。此项研究由中国科学院遗传与发育生物学研究所植物细胞与染色体工程国家重点实验室、中国科学院种子创新研究院和遗传发育所基因组分析平台等合作完成。

  小麦是全球最重要的粮食作物,养活了世界上40%的人口,提供了人类所需热能和蛋白质的20%。我国是世界上小麦生产和消费大国,常年种植面积为2400万公顷左右,年产量近1.3亿吨。

  生产上广泛种植的普通小麦是一个经两次自然杂交而形成的异源六倍体,含有A、B和D3个基因组,约17Gb,是水稻基因组的40倍;且其基因组复杂,85%以上基因组DNA为重复序列;这使得基因组测序研究困难重重,进展缓慢。追本溯源,乌拉尔图小麦是普通小麦和其他多倍体小麦中A基因组的原始二倍体供体。因此,乌拉尔图小麦在多倍体小麦进化过程中,起着基础性核心作用。

  研究团队在前期小麦A基因组草图绘制基础上,通过构建A基因组BAC文库和BAC测序,结合全基因组PacBio测序以及最新物理图谱构建技术,绘制出小麦A基因组7条染色体的分子图谱,注释出了41507个蛋白编码基因,并发现在小麦基因组中,参与春化和开花的REM类转录因子基因有明显扩增。

  通过与水稻、高粱和短柄草基因组的比较和共线性分析,研究团队推演出小麦A基因组7条染色体的进化模型,并鉴定出小麦A基因组从二倍体、经四倍体到六倍体进化过程中的染色体结构变异。群体遗传学分析显示,来自于新沃月地区的乌拉尔图小麦可分为3个亚群,其遗传多样性与海拔高度密切相关,并证明海拔高度在乌拉尔图小麦适应环境和重要性状形成中,起到重要作用。

  小麦A基因组测序和精细图谱绘制的完成,为国内外科研工作者解析小麦基因组进化和驯化提供了高质量的基因组信息和一个全新视角。注释出的基因信息将助力小麦重要农艺性状基因的精细定位、克隆和功能解析,加速栽培小麦的遗传改良和分子设计育种,对提升小麦产业竞争力、保障粮食安全和农业提质增效与可持续发展,将产生重要作用。(佘惠敏)

(责任编辑:何仲)

标签: 小麦 基因

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