我国科学家 绘出 大豆最全基因组图谱

大豆图形结构泛基因组分析。中国科学院遗传与发育生物研究所供图

光明日报北京6月18日电 记者从中国科学院遗传与发育生物学研究所获悉,该所田志喜等科研团队取得了大豆泛基因组的最新研究进展,成果于北京时间17日23时在线发表于学术期刊《细胞》上。

该项成果不仅在大豆育种等方面有重要作用,更突破了传统线性基因组的“存储”形式,在植物中首次实现了基于图形结构基因组的构建,将引领全新的下一代基因组学研究思路和方法,被审稿人称为“基因组学的里程碑工作”。

田志喜介绍,传统的基因组学在描绘基因组的时候,习惯将不同碱基以线性的形式标注于染色体上,且多基于一个参考基因组来获取一个物种的基因信息。但是由于一个物种中不同个体间存在遗传变异,线性基因组这种表达方式不能同时体现不同个体的遗传变异情况,极大地限制了对不同个体遗传变异的鉴定和分析。因此,构建囊括一个物种所有遗传信息的新型形式的泛基因组,已成为当前基因组学研究的重要任务和前沿挑战。

田志喜研究团队一直致力于大豆基因组的研究。他们在对大豆种质资源的深度重测序和群体遗传学分析中发现,不同大豆种质资源之间存在较大的遗传变异,单一或少数基因组不能代表大豆群体的所有遗传变异。

为此,田志喜研究团队联合该所梁承志和朱保葛研究团队、中科院分子植物科学卓越创新中心韩斌院士团队、上海师范大学黄学辉教授团队以及北京贝瑞和康生物技术有限公司相关人员,对来自世界大豆主产国的2898个大豆种质材料进行了深度重测序和群体结构分析,精心挑选出26个最具代表性的大豆种质材料,包括3个野生大豆、9个农家种和14个现代栽培品种。

研究团队利用最新组装策略,对26个大豆种质材料进行了高质量的基因组从头“组装”和精确注释,并在此基础上,结合已经发表的几个大豆种质材料的基因组,开展了系统的基因组比较,构建了高质量的基于图形结构泛基因组,挖掘到大量利用传统基因组不能鉴定到的大片段结构变异。

经深入分析发现,结构变异在重要农艺性状调控中发挥重要作用:HPS基因的结构变异调控大豆种皮亮度变化;野生与栽培大豆CHS基因簇的结构变异是导致种皮颜色由黑色向黄色驯化的主要原因;SoyZH13_14G179600基因结构变异导致了其在不同种质材料中基因表达的差异,可能与调控大豆缺铁失绿症有关。此外,研究还鉴定到15个结构变异导致了不同基因间的融合,这为新基因的产生研究提供了重要线索。

有评论认为,这一成果不仅具有重要的育种和生产价值,将为大豆研究提供了极为重要的资源和平台,推进大豆分子设计育种,同时还为过去已经开展的大量重测序数据提供了一个全新的分析平台,将使得这些数据获得“第二次生命”。(记者 齐芳)