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福建農(nóng)林大學(xué)聯(lián)合成果亮相《科學(xué)》啃下甘蔗基因組“最硬骨頭”
全球首個(gè)甘蔗超級(jí)基因組圖譜誕生
2月6日，福建農(nóng)林大學(xué)聯(lián)合廣西大學(xué)等團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)》發(fā)表甘蔗基因組學(xué)研究重大成果。該研究首次為甘蔗這類(lèi)“基因組結(jié)構(gòu)復(fù)雜得難以描述”作物，創(chuàng)建了一套“超級(jí)地圖”，系統(tǒng)性破解了其遺傳解析難題，意味著全球首個(gè)甘蔗超級(jí)基因組圖譜誕生，也標(biāo)志著我國(guó)在復(fù)雜作物基因組研究領(lǐng)域取得引領(lǐng)性突破。
甘蔗支撐著全球約80%的食糖和重要生物能源，但它的基因組卻是公認(rèn)的“最硬骨頭”。論文共同第一作者、福建農(nóng)林大學(xué)青年教師黃育敏博士解釋說(shuō)，現(xiàn)代栽培甘蔗并非單一物種的后代，是由高貴種與割手密經(jīng)過(guò)反復(fù)雜交，并由后代進(jìn)一步混交形成，其染色體數(shù)量高達(dá)100條至130條，約是水稻的十幾倍，且來(lái)源混雜、結(jié)構(gòu)重排頻繁。
長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家只能依靠單一的“標(biāo)準(zhǔn)答案”（線(xiàn)性參考基因組）來(lái)比對(duì)分析，導(dǎo)致甘蔗大量真實(shí)的遺傳變異信息被忽視或扭曲，嚴(yán)重阻礙了優(yōu)良品種的選育。這片“基因組無(wú)人區(qū)”如何開(kāi)拓，成了世界性課題。
由福建農(nóng)林大學(xué)和廣西大學(xué)聯(lián)合組成的研究團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)新性地提出了“多尺度圖形泛基因組”策略，他們整合了包括野生種和栽培種在內(nèi)的多個(gè)基因組，構(gòu)建了一張遺傳信息“超級(jí)地圖”，在這張“超級(jí)地圖”上，不同來(lái)源、不同特性的基因都能找到自己的位置，被公平對(duì)待。
這張“超級(jí)地圖”囊括了海量遺傳信息，能捕捉到約82%的甘蔗遺傳多樣性，而傳統(tǒng)方法僅能覆蓋約34%?；诖藞D，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了能精準(zhǔn)分析基因“劑量效應(yīng)”的新方法，為揭示甘蔗產(chǎn)量、含糖量等復(fù)雜性狀的遺傳密碼提供了前所未有的強(qiáng)大工具。
團(tuán)隊(duì)對(duì)數(shù)百份甘蔗材料進(jìn)行分析，揭示了甘蔗家族的演化關(guān)系。特別重要的是，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與分蘗（直接影響株數(shù)和產(chǎn)量）相關(guān)的關(guān)鍵基因SaTB1。通過(guò)基因編輯技術(shù)驗(yàn)證，敲除該基因后，甘蔗分蘗更多更早，產(chǎn)量提升。“這清晰地展示了一條從圖譜發(fā)現(xiàn)到田間驗(yàn)證的完整路徑?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺V西大學(xué)教授張積森表示。
研究還定位了與含糖量、株型緊密相關(guān)的基因，解讀了人類(lèi)在馴化過(guò)程中對(duì)“甜度”的選擇痕跡。更值得期待的是，這套方法已成功應(yīng)用于棉花、小麥等其他復(fù)雜基因組作物，顯示出成為通用分析范式的潛力。
據(jù)悉，這是我國(guó)糖料作物領(lǐng)域首次在《科學(xué)》《自然》《細(xì)胞》這三大國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊的主刊上發(fā)表研究論文。
