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福建农林大学发表Nature Genetics文章全球首次破译甘蔗基因组

人阅读发布时间：2018-10-10 08:41

深圳子科生物报道：甘蔗野生种“割手密”种基因组破译是甘蔗基础生物学研究的一个里程碑。在此基础上，揭示了野生种“割手密”种的基因组演化、抗逆性来源、高糖以及自然群体演化的遗传学基础，这些研究将促进甘蔗分子生物学的快速进展，使甘蔗实施分子育种策略成为可能，从而加快甘蔗品种改良和产业发展。
甘蔗是基因组最为复杂的作物之一。根据全国糖业信息中心最新数据，2018/19年度全国种植甘蔗128万公顷，产量为7700万公吨，农业直接年产值约385亿人民币。由于甘蔗经济价值重大，近十多年来，国际上很多国家都在积极开展甘蔗基因组的研究，如巴西、法国、泰国，但由于受复杂的大基因组、高多倍体以及同源异源杂交品种等因素限制，均未获得突破性进展。

来自福建农林大学的一组研究人员发表了题为“Allele-defined genome of the autopolyploid sugarcane Saccharum spontaneum L.”的文章，在全球首次公布甘蔗基因组，攻克同源多倍体基因组拼接组装的世界级技术难题，率先破译甘蔗割手密种基因组，同时还解析了甘蔗割手密种的系列生物学问题，特别是揭示了甘蔗属割手密种的基因组演化、抗逆性、高糖以及自然群体演化的遗传学基础。

这一研究成果公布在10月8日的Nature Genetics杂志上。由福建农林大学明瑞光教授团队完成。这是第二个以中国人为主破译的大宗农作物基因组，是全球第一个组装到染色体水平的同源多倍体基因组，标志着全球农作物基础生物学研究取得重大突破，奠定了我国在甘蔗研究领域的国际前列地位。

在这篇文章中，研究人员攻克了同源多倍体基因组拼接组装的世界级技术难题，率先破译甘蔗割手密种基因组，同时还解析了甘蔗割手密种的系列生物学问题，特别是揭示了甘蔗属割手密种的基因组演化、抗逆性、高糖以及自然群体演化的遗传学基础。

甘蔗野生种“割手密”为现代栽培杂交种提供了病虫害和逆境的抗性基因，约占了甘蔗杂交种基因组的15%。应用目前先进的第三代测序技术加上物理图谱，将甘蔗野生种“割手密”四倍体基因组被组装到了32条染色体上，其染色体基数比亲缘关系较近的高粱和玉米少了两条，为8条。通过基因组内部比较分析，证实了野生种“割手密”是同源多倍体，并且发生了两次间隔较短的全基因组复制事件。同源多倍体基因组拼接组装是世界性难题，项目组发明的新算法填补了这项空白。