中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作科所牽頭完成高質(zhì)量豌豆參考基因組和泛基因組解析
2022年09月26日來源：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所
9月22日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所特色農(nóng)作物優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家合作單位，成功繪制了中國(guó)豌豆基因組高質(zhì)量精細(xì)物理圖譜，構(gòu)建了栽培和野生豌豆泛基因組，解析了豌豆基因組進(jìn)化特征、群體遺傳結(jié)構(gòu)，為揭示豌豆起源馴化，以及基因挖掘、種質(zhì)創(chuàng)新、育種改良提供了寶貴資源及數(shù)據(jù)支撐。相關(guān)研究成果以長(zhǎng)文的形式在線發(fā)表在《自然遺傳學(xué)（Nature Genetics）》雜志上。
豌豆是糧菜飼綠肥兼用的北方一年生和南方越年生冷季食用豆類作物，具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和顯著的生態(tài)優(yōu)勢(shì)，在世界范圍內(nèi)廣泛種植。自孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳定律以來，豌豆作為遺傳研究的模式植物，受到了學(xué)界和公眾的廣泛關(guān)注。然而，豌豆基因組非常大，組裝起來相當(dāng)復(fù)雜，豌豆高質(zhì)量基因組精細(xì)物理圖譜一直未能完成，嚴(yán)重阻礙了豌豆的理論和應(yīng)用研究。
該研究團(tuán)隊(duì)利用中國(guó)豌豆主栽品種“中豌6號(hào)”，基于多種先進(jìn)測(cè)序技術(shù)，整合優(yōu)化多種組裝策略，提供了顯著改進(jìn)的豌豆高質(zhì)量精細(xì)物理圖譜和注釋。中豌6號(hào)基因組組裝大小約為3.8 Gb，綜合多種基因組組裝評(píng)估方法，一致證明該基因組在復(fù)雜重復(fù)區(qū)域和轉(zhuǎn)座子連續(xù)性、準(zhǔn)確性和完整性方面都有優(yōu)異表現(xiàn)。
研究人員還揭示了118 個(gè)栽培和野生豌豆種質(zhì)的基因組變異式樣，解決了長(zhǎng)期以來關(guān)于豌豆屬物種劃分的爭(zhēng)議，證明了埃塞俄比亞豌豆是與野生豌豆和栽培豌豆不同的獨(dú)立物種，為豌豆起源馴化提供了新的見解。研究分析鑒定出了25 個(gè)與12個(gè)豌豆重要農(nóng)藝性狀相關(guān)的數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTLs），還發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)先前已知的控制粒型（圓粒/皺粒）和株高（高/矮）的孟德爾基因R和Le，以及一個(gè)與莢型（硬莢/軟莢）相關(guān)的候選基因。
同時(shí)，研究構(gòu)建了包含116 個(gè)栽培和野生豌豆種質(zhì)的泛基因組，聚類生成了112,776個(gè)泛基因簇，在豌豆屬下不同物種之間顯示出差異顯著的存在/缺失變異（PAV）模式和功能富集，其中，野生豌豆和埃塞俄比亞豌豆中特有的泛基因顯示出明顯不同的功能富集，表明它們?cè)谖磥碜鳛橥愣褂N資源的重要潛力。
該成果的發(fā)表恰逢孟德爾誕辰200周年，豌豆高質(zhì)量參考基因組和泛基因組的發(fā)布，拓寬了我們對(duì)豌豆巨大基因組背后遺傳學(xué)的了解，為豌豆種質(zhì)資源和育種改良研究提供了寶貴的基因組資源。
作科所楊濤副研究員和劉榮助理研究員、中科院微生物所駱迎峰副研究員和胡松年研究員以及山東省農(nóng)科院農(nóng)作物種質(zhì)資源研究所王棟助理研究員為論文的共同第一作者。作科所宗緒曉研究員、中科院微生物所高勝寒特別研究助理、山東省農(nóng)科院農(nóng)作物種質(zhì)資源研究所丁漢鳳研究員、國(guó)際半干旱熱帶作物研究所和澳大利亞默多克大學(xué)Rajeev K Varshney教授為論文的共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、食用豆現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、作物種質(zhì)資源保護(hù)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41588-022-01172-2
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