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全球首个青稞基因组图谱发布将助力于高原作物研究

时间:2015-01-14 09:32:33  来源:华大基因  作者:华大基因

  2015年1月13日,全球首个青稞基因组图谱正式绘制成功,其研究成果在线发表在PNAS杂志上,该研究对青稞的西藏地方品种Lasa Goumang进行了全基因组测序及图谱绘制,获得了大小为3.89Gb的基因图谱,共包含36,151个蛋白编码基因。

  青稞,在西藏语中称为Ne,在分类学上是一种裸大麦。和其他大麦不同,青稞经过藏族人民长达3500~4000年的驯化栽培,已经完全适应了极端的高原气候,成为了藏族人民的主食。据悉,西藏地区的青稞种植面积占西藏耕地面积的70%。现在,西藏是世界青稞的驯化和多样化品种栽培中心之一。为揭示青稞的高原适应性机制,解读其起源、驯化及栽培选育过程,西藏自治区农牧科学院,西藏自治区大麦和牦牛培育重点实验室,中国科学院,深圳华大基因研究院,华大科技等在内的众多研究单位,于2012年正式启动了青稞基因组研究合作项目。

  2015年1月13日,全球首个青稞基因组图谱正式绘制成功,其研究成果在线发表在PNAS杂志上,该研究对青稞的西藏地方品种Lasa Goumang进行了全基因组测序及图谱绘制,获得了大小为3.89Gb的基因图谱,共包含36,151个蛋白编码基因。这是继小麦基因组(A,D),大麦基因组物理图,国际小麦家族基因组研究工作的又一个里程碑式的进步,给未来麦类作物的改良以及其他高原作物的研究工作提供了宝贵的参考资料。

  研究采用全基因组鸟枪法测序,对西藏的地方品种青稞Lasa Goumang进行了全方位解读。据估计,青稞基因组大小约为4.5Gb,本次研究所构建的青稞基因组图谱大小为3.89Gb,共占青稞基因组的87%,包含了36,151个蛋白编码基因。随后,研究人员将青稞基因组和其他的禾本科作物基因组进行了比对,结果发现青稞约于1700万年前从粗山羊草(小麦D),乌拉尔图小麦(小麦A)以及冬小麦中分离出来。研究人员进一步分析发现,现代青稞基因组中仍然有大量的序列同粗山羊草(小麦D),乌拉尔图小麦(小麦A)和短柄二叶草相似,其相似基因家庭数目高达18,849个。

  研究人员又进一步对青稞的高原适应性和人工选择情况进行了研究。通过对10株野生和栽培青稞品种的重测序,研究人员发现,野生青稞品种的SNP数目是栽培青稞的2倍,这说明人工选育过程给青稞品种带来了基因瓶颈。而对于人们最感兴趣的,青稞的高原适应性机制问题,研究人员也做了专门的研究,并发现了一系列在青稞品种中发生了正向选择的基因家族。如,调节转录过程的基因家族,激活转录因子的基因家庭,防御反应相关的基因家庭等都得到了大量的扩张,这些基因家族的扩张使得青稞在面对高原的恶劣环境时具有更大的调节弹性,从而具有更好的适应性。此外,研究人员还观察到,一些调节信号通路的关键基因,如参与植物荷尔蒙信号传导,基因复制和修复,植物病菌反应等,都在青稞中表现出了正向选择。这些基因改变使得青稞具有更好的高原适应性和压力调节机制。这些结果的发现对于解读高原作物的适应性机制意义重大,给未来青稞作物以及其他高原作物的培育提供了重要的参考资料,将有助于解决青藏高原以及其他高原地区人民的粮食问题,改善他们的生活条件。

  华大基因的项目负责人赵山岑表示,作为麦族的重要一员,青稞基因组的发表,不但帮助我们更好的理解大麦类作物的不同驯化途径,同时也使得我们能够结合大麦,小麦,以及其祖先品种一窥麦族的进化历史。而耐寒缺氧等极端环境的适应性问题更好的为我们进行高原类作物的改良指明了方向,有助于解决民生中的粮食问题。

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