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中国科学家成功破译裸燕麦基因密码

7月18日晚,国际知名学术期刊Nature Genetics(自然·遗传学)在线发表了研究论文《基于参考基因组揭示六倍体燕麦的起源和进化》介绍该项成果,并撰写了研究简报《栽培燕麦的起源与进化》对该文进行推介。

日前,由国家燕麦荞麦产业技术体系首席科学家、吉林省白城市农业科学院院长任长忠研究员领衔的燕麦研究团队首次破译了的六倍体栽培裸燕麦的基因组,并深入研究了六倍体燕麦的起源与亚基因组进化,绘制出燕麦的“基因密码图”。

据了解,该研究论文主要在国家燕麦荞麦产业技术体系、国家自然科学基金、吉林省委组织部人才开发基金和吉林省科技发展计划等项目的支持下,以四川农业大学-吉林省白城市农业科学院为核心的燕麦联合研究团队完成。

燕麦,是优质谷类作物,又是重要的饲草作物,还不与传统作物争地。任长忠认为燕麦在应对粮食安全挑战中能发挥独特作用。而该项研究将加速栽培燕麦的遗传改良和分子设计育种,对提升燕麦产业竞争力、保障粮食安全等方面产生重要作用。

此次发表的成果正是以我国裸燕麦起源中心的地方燕麦品种为材料,绘制出了10.7Gb大小的燕麦基因组21对染色体的分子图谱,注释出了12万多个蛋白编码基因。论文通讯作者任长忠认为这项工作为科研人员解析燕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的视角。

“我国作为六倍体栽培裸燕麦的起源和主要种植中心,我们需要通过明确裸燕麦的基因组信息以进一步挖掘以裸粒驯化性状为代表的基因资源。”论文第一和共同通讯作者,项目团队主要成员四川农业大学彭远英教授表示,“有了基因组图谱,我国裸燕麦的育种和遗传研究就会进入快车道。”

据介绍,新世纪伊始,科学家们已将基因组测序的目标锁定到农作物身上。时隔20年,裸燕麦基因组测序才又了结果,原因是燕麦基因组研究难度极大。

彭远英表示,六倍体栽培裸燕麦基因组庞大而复杂,体量约为水稻基因组的40倍,且有大约87%的基因组DNA为重复序列,致使其基因组测序组装研究非常困难。项目团队设计选用了可进行更长DNA片段高精确度测序的超长测序技术,结合不同技术手段,最终完成了染色体组装、挂载和注释,获得了裸燕麦的高质量参考基因组。

据介绍,该研究根据参考基因组序列和注释信息,预测了燕麦皮裸籽粒和抗病等重要性状相关的关键基因位点,体现了参考基因组在重要性状基因挖掘和燕麦分子育种方面的重要价值。

该项目团队有一个更长远的预期:燕麦参考基因组的构建作为燕麦研究迈入基因组时代的第一步,将使燕麦的全基因组选择育种和精准育种成为可能。“现在可以开始考虑如何使用现代育种策略,如基因组编辑等方法,进一步改进和开发特定的燕麦品种。”彭远英表示。

“国家燕麦荞麦产业技术体系团队将在已有基础上进一步深入开展燕麦起源、驯化和优异基因资源发掘与利用等研究工作。”任长忠说,“期待研究结果能让裸燕麦的‘中国芯’插上产业化的翅膀。”

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