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华农学者发布籼稻高质量参考基因组,张启发院

来源:http://www.vsbeautyhk.com 作者:农业 人气:178 发布时间:2019-10-04
摘要:8月30日,记者从华中农业大学获悉,该校水稻研究团队与美国亚利桑那大学学者合作,发布了两个籼稻品种的高质量参考基因组序列。这一研究成果,将对植物生物学和作物遗传改良产生广泛

8月30日,记者从华中农业大学获悉,该校水稻研究团队与美国亚利桑那大学学者合作,发布了两个籼稻品种的高质量参考基因组序列。这一研究成果,将对植物生物学和作物遗传改良产生广泛影响。

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8月12日,美国《国家科学院院刊》杂志在线发表了由中国水稻澳门新葡亰,研究所、深圳华大基因研究院和中国科学院遗传与发育研究所等单位合作的最新科研成果,这篇题为《利用水稻重组自交系的重测序改进亲本基因组序列进而解析超级杂交稻的产量相关遗传位点》(Dissecting yield-associated loci in super hybrid rice by resequencing recombinant inbred lines and improving parental genome sequences)的论文,为超级杂交稻产量相关位点的解析提供了宝贵的材料和有效的途径。

栽培稻主要分为籼稻和粳稻。籼稻占水稻总产量70%左右,在遗传上更加多样化,然而一直缺乏高质量的籼稻参考基因组,制约了相关研究进展。

来自华中农业大学的研究人员报告称,他们通过分析1479个水稻品种绘制出基因组变异图谱,揭示出了水稻改良的育种标签。这一重要的研究成果发布在9月10日的《美国国家科学院》杂志上。

中国的杂交稻为世界粮食生产作出了巨大贡献,作为超级杂交稻标杆组合的“两优培九”以其丰产特性,在生产上大面积种植。中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室的科研人员通过长期努力,构建出132个超级杂交稻“两优培九”的核心重组自交系和1709个用于基因克隆的大规模重组自交系,并与深圳华大基因研究院合作对核心重组自交系进行了基因组重测序,成功构建了一张超高分辨率的遗传连锁图谱。

此次合作研究选用了两个籼稻品种——珍汕97和明恢63。学者们采用了最新的测序技术,所得到的两个基因组序列正确率均在99.99%以上,为全球水稻尤其是籼稻的研究提供了两份高质量参考基因组。

华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室主任张启发院士及练兴明教授是这篇论文的共同通讯作者。张启发院士是国际着名的植物遗传和分子生物学家,其长期致力于水稻基因组研究,旨在通过植物基因组分析、重要基因的分离克隆、杂种优势的遗传和分子基础、作物品种资源的分子评估及应用分子生物学技术进行水稻改良。被誉为“中国转基因水稻第一人”。

研究人员首次组装成功具有籼稻和热带粳稻血缘的“两优培九”母本品种培矮64s的基因组序列,并基于高密度物理图谱,不仅更新了“两优培九”父本籼稻品种93-11的基因组序列,还结合12个水稻产量性状的考查共检测到43个与水稻产量密切相关的数量性状位点,其中包括20个尚未报道的新QTL。同时,利用大规模重组自交系群体,结合亲本基因组间大量精确的单核苷酸多态标记对两个控制穗粒数和二次枝梗数的QTLqSN8和qSPB1分别加以精细定位,最终确定控制抽穗期和穗粒数的DTH8基因和控制穗分支的LAX1基因为候选基因,其中qSN8通过互补实验证实为DTH8基因。这一大规模重组自交系群体与超高分辨率遗传图谱相结合,其一系列新的产量相关基因将会被陆续克隆和开展功能研究,从而为进一步阐明超级稻产量的遗传基础和基因辅助育种搭建了理想平台。

据介绍,这两个参考基因组的发布,有助于进一步在分子水平阐明杂种优势的生物学机理,提高杂种优势利用水平,为水稻产量、品质、抗病等性状的功能基因组的研究和育种应用提供新机遇。

水稻是世界上最重要的粮食作物之一。在过去的50年里水稻尤其是籼稻的改良取得了一些里程碑式的成果。其中一项重大的突破是在上世纪的五六十年代中国及国际水稻研究所开发出了一系列半矮杆水稻品种,促成了水稻的“绿色革命”。自那时起,半矮杆成为了几乎所有现代水稻品种的一个基本特征。基于半矮杆品种,科学家们进而又改良了其他的一些性状,例如非生物胁迫抗性、广泛的生物胁迫抗性及更好的稻米品质。另一个重要的突破是利用杂种优势,促成了自上世纪70年代以来大规模地采用杂交水稻。

近年来的基因组研究鉴别出了大量在水稻驯化过程中经过选择的基因位点。但目前仍少有研究鉴别由于育种经历选择的基因位点或基因组区域。下一代测序技术使得能够以相对较低的成本测试大量的水稻品种,为调查作物改良史中受到选择的基因组区域提供了机会。同时,全基因组关联研究为分析复杂性状的遗传结构提供了一种有效的方法,使得能够鉴别出一些候选基因进一步改良一些农艺重要性状。

在这篇文章中研究人员报告称,他们分析了来自73个国家1,479个水稻品种,包括一些地方品种和现代栽培种的低覆盖测序数据。他们在籼稻亚种中鉴别出了两大主要的亚群indica I 和indica II ,其对应独立育种工作生成的两个杂种优势类群。研究人员检测到了跨越7.8%水稻基因组,在IndI和IndII之间受到不同选择的200个区域,将它们称之为育种标签。这些区域包括GWAS研究揭示的、与重要农艺性状相关的许多已知功能基因及基因位点。粮食产量与品种中育种标签的数量呈正比,表明了一个品系中的育种标签数量或许可用于预测水稻的农艺潜力,选出的基因位点或可为科学家们提供一些水稻改良的靶点。

参考文献:

Breeding signatures of rice improvement revealed by a genomic variation map from a large germplasm collection

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