花生二倍体野生种全基因组测序完成

2014-4-04 09:37 来源: 生物通
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  国际花生基因组计划(International Peanut Genome Initiative, IPGI)——由多国作物遗传学家参与的国际团队,于2014年4月2日宣布,历经数年努力后成功完成了世界上首个花生全基因组测序。新测定的花生基因组序列将为世界各地的研究人员和植物育种者使用,来促进花生的品种选育工作。

  花生(Arachis hypogaea),也称作长寿果,在经济价值和营养价值上,都被认为是一种重要的农作物。全球范围内,每年的花生种植面积大约2400万公顷,产量约4000万吨。

  乔治亚大学(UGA)农业和环境科学学院应用基因技术中心主任兼IPGI主席Scott Jackson指出:“花生作物不论在美国还是在发展中国家都非常的重要。在许多地区,它是家庭的主要热量来源和农民的经济作物。”

  印度半干旱热带作物国际研究所的植物遗传学家Rajeev Varshney指出:“培育更加耐旱、抗病虫害的花生品种,能够帮助农民用较少的杀虫剂和其它化学物质,生产出更多的花生。”

  花生基因组测序工作已经历时多年。根据UGA蒂夫顿校园的植物遗传学家、IPGI成员、UGA植物遗传育种和基因组研究所主任Peggy Ozias-Akins介绍,虽然经过几千年的精耕细作,花生已经被成功种植,但由于其基因组的复杂性,研究人员对花生的遗传结构却知之甚少,严重阻碍了基因技术在花生育种改良上的应用。

  巴西利亚大学的IPGI植物遗传学家David Bertioli称:“到目前为止,相比较其他作物来说,我们对花生的培育一直比较盲目。其他一些作物已经被更深入的研究和了解,而我们对花生的信息则相对较少。”

  如今栽培的花生是两个野生花生物种(Arachis duranensis和Arachis ipaensis)的直接自然杂种,杂交发生在4000至6000年前的阿根廷北部。因为它的祖先是两个不同的物种,所以现在栽培的花生(Arachis hypogaea L.)是四倍体作物(AABB),也就是说栽培品种携带了两个祖先种各自独立的基因组,即花生属A基因组和B基因组。

  为了绘制花生的基因组图谱,研究人员测定了两个原始亲本的基因组,根据这些序列,研究人员获得的两个二倍体野生种的序列覆盖了花生基因组的96%的基因,为快速选育抗旱和抗病虫害、低投入和高产出的花生品种,提供了所必需的分子图谱。

  两个祖先野生花生物种已经收集保存在种质资源库,IPGI用其来更好的了解花生基因组。这两个祖先物种的基因组为栽培花生基因组提供了优秀的模板。A.duranenis作为栽培花生A亚基因组的模型,而A. ipaensis代表B亚基因组。

  知道两个亲本物种基因组序列之后,研究人员就可通过区分这两个亚基因组,来确定栽培花生的基因组结构。他们能够看到两种不同的结构元件,这也将有助于未来的基因标记开发,确定一个基因的存在和植物物理特性之间所存在的关系。了解花生的基因组结构,也将为选育具有更多抗病性和抗旱性特征的新品种,奠定基础。

  此外,这些基因组序列将作为栽培花生基因组拼装的指南,将帮助研究人员破译引起花生驯化的基因组变化。

  国际花生基因组计划汇集了来自美国、中国、巴西、印度和以色列的科学家,他们分析了花生的基因组序列,描绘了栽培花生和野生花生的遗传和表型变异,并开发了花生育种的基因组工具。初始序列是由华大基因完成,组装是在华大基因和加利福尼亚大学戴维斯分校完成。该项目是由花生基金和MARS Inc.以及三家中国研究机构(河南省农科院、中国农科院和山东农科院)资助。中国是国际花生基因组测序计划的重要参与方,此次参与该项目的中国合作单位还有中国农科院油料作物研究所。

  U.S. Agency for International Development Feed the Future Peanut项目主任Dave Hoisington表示:“花生序列可以被看作是植物遗传学和基因组学的巨大飞跃,同时它也是发展中国家向稳定农业迈出的一大步。随着花生基因组序列的发布,研究人员将有更好的工具来促进更高产量和更好营养的花生新品种选育。”