为燕麦品种装上 “中国芯” 川农大科研团队绘制“燕麦基因密码图”

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封面新闻 2022-07-19 15:34 65170

封面新闻记者 何方迪 实习生 吴艳丽

“风吹麦浪燕麦香”,每逢夏日,这幅场景都承载了农民丰收的期望。燕麦不仅是一种优质饲草,还能加工生产成燕麦片供人食用,作为一种粗粮可以帮助人体减肥、护发、降低胆固醇。为更好地培育燕麦品种,满足人们对营养健康食品的需求,科学家们最近首次破译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”,该项研究将加速栽培燕麦的遗传改良和分子设计育种。

解码燕麦“中国芯”

燕麦广泛分布在五大洲42个国家。世界各国的栽培种以皮燕麦为主,而我国主要种植裸燕麦。裸燕麦加工工艺更加简单,具有更高的蛋白和粗脂肪含量,且氨基酸组成更加平衡,极具研究价值。

7月18日,四川农业大学小麦研究所彭远英教授研究团队的论文《基于参考基因组揭示六倍体燕麦的起源和进化》在国际知名学术期刊《自然·遗传学》(Nature Genetics)上在线发表,该项研究首次破译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”。

此次发表的成果正是以我国裸燕麦起源中心的地方裸燕麦品种“三分三”为材料。通过对“三分三”的研究,绘制出了燕麦基因组21对染色体的分子图谱,注释出了12万个蛋白编码基因。

“中国作为六倍体栽培裸燕麦的起源和主要种植中心,我们需要通过明确我国特有的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、四川农大小麦研究所彭远英教授说:“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。就像破解其他作物的基因密码一样,我们以后就能根据基因信息来定向培育具有特定性状、功能的裸燕麦,比如提升品种抗病性;控制种子大小,增加产量;或者让其中β-葡聚糖含量更高,帮助食用者通过摄入膳食纤维有效控制胆固醇和糖尿病。”

“这项研究全部由中国人自己完成。深入研究中国特有的燕麦种质资源就是希望牢牢把种质资源握在我们自己手里,让燕麦品种装上更多‘中国芯’。”彭远英说。

“迟到”20年的裸燕麦参考基因组

新世纪伊始,科学家们就将基因组测序的目标锁定到农作物身上。早在2002年水稻基因组图谱便已发表,此后玉米、马铃薯、大豆、小麦等众多主要农作物的基因组测序也相继完成。时隔20年,燕麦的基因组测序结果姗姗来迟,正是因其研究难度极大。

现有的栽培燕麦经在漫长进化过程的自然杂交和加倍,从二倍体形成四倍体最终多倍化为含有A、C和D三个基因组的六倍体,它们由约110亿个碱基对组成,分布在细胞核3个亚基因组的21对染色体中。其基因组庞大而复杂,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。六倍体燕麦参考基因组是迄今为止科学家测序的所有物种中最复杂的基因组之一。

彭远英告诉记者:“针对六倍体燕麦亚基因组构成及其高重复序列含量导致的在基因组装中可能遇到的问题,我们设计了选用可进行更长DNA片段高精确度测序的超长测序技术,并利用近20年的燕麦属物种研究经验积累,选择了栽培燕麦最可能的四倍体和二倍体祖先,结合HiC、二代测序、全长转录组测序和转录组测序等不同技术手段,最终完成了中国裸燕麦的染色体组装、挂载和注释,获得了裸燕麦的高质量参考基因组。”

“燕麦作为六倍体作物,它在生物量、活力和对环境变化的适应性方面均具有显著优势,在应对粮食安全挑战中可以发挥其独特作用。”彭远英说。

彭远英思考很长远: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。“我们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,以满足全球对这种健康食品和优质饲草日益增长的需求。”彭远英说。

人们吃的栽培燕麦诞生在50万年前

评论 9

  • 苏记说事 2022-07-21

  • 堪嘉镇弥陀寺村第一书记李逢坤 2022-07-21

    不忘初心牢记使命

  • 普通网友 2022-07-20

    好厉害的团队

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