6月8日，《自然（Nature）》在线发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队在植物基因组学领域的两项重要研究成果，为实现泛基因组在作物育种的应用提供了新的解决方案。
研究一：野生与栽培马铃薯的基因组进化与多样性
马铃薯种质资源丰富，自然界中70%的马铃薯是二倍体，其中大部分是野生材料，充分利用这些资源中的优异性状，有利于加快马铃薯的遗传改良。然而，目前已发表马铃薯的基因组序列只捕获马铃薯有限的生物多样性，不足以全面了解马铃薯基因组以用于育种指导。
黄三文团队在《自然（Nature）》杂志在线发表题为“Genome evolution and diversity of wild and cultivated potatoes”的研究论文。该研究首次解析了二倍体马铃薯的泛基因组，破解了马铃薯如何结薯的分子机制，将为马铃薯杂交改良提供重要指导。
研究人员分析了具代表性的44份二倍体马铃薯种质的基因组，分析发现马铃薯与近源物种番茄和Etuberosum之间以及马铃薯类群内部存在广泛的不完全谱系分选和物种间杂交的现象，反映马铃薯类群复杂的演化历史。基于高质量的基因组组装，研究人员开发一套R基因注释流程，并发现马铃薯中R基因拷贝数相比于番茄和Etuberosum存在明显扩张。通过马铃薯、番茄和Etuberosum的多组学比较分析，研究人员鉴定到一个可能在薯块发育过程中发挥关键作用的TCP转录因子。研究还首次构建了栽培和近缘野生马铃薯的大片段倒位图谱。
该研究将为马铃薯研究供丰富的基因组大数据支持，加深对马铃薯重要生物学性状的理解，有力地推动杂交马铃薯育种，并加速马铃薯作为重要主粮作物的育种进程。
研究二：利用图泛基因组找回丢失的遗传力和促进番茄育种
番茄的性状，如风味，由遗传因素和环境因素共同决定。“遗传力”的高低决定了性状受遗传调控的比例，遗传力越高，性状受遗传因素决定比例越大。然而，遗传力预测并不准确，传统短片段测序对复杂结构变异的检测能力较差，因此，会出现“遗传力丢失”现象。找回这些丢失的遗传力将有助于理解复杂性状的遗传机制。
黄三文团队利用图泛基因组解决了遗传变异检测难题，并从遗传标记的不完全连锁、等位基因异质性和位点异质性三个方面找回“丢失的遗传力”，为解析生物复杂性状的遗传机制和番茄育种提供了新思路。
研究通过构建番茄图泛基因组，准确鉴定了番茄基因组中的结构变异，研究发现大的结构变异是遗传力丢失的关键原因之一。进一步研究发现，与利用单一参考基因组相比，基于图泛基因组的遗传变异可将估计的遗传力提高24%。采用上述分析方法，该团队共鉴定出2个潜在的与可溶性固形物含量高度相关的结构变异，可以用于未来的分子标记辅助选择。通过对影响番茄风味的33种代谢物进行分析发现，利用全部的结构变异作为分子标记进行基因组选择的效果最佳。
论文评审专家认为，“这项工作是对图泛基因组概念最全面的分析。图泛基因组将可能成为基因组分析和作物基因组育种的标准，在这个意义上，这篇论文是奠基性的”。
以上两项研究得到国家基金委、科技部、广东省、深圳市和中国农业科学院科技创新工程的资助。
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04822-x
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04808-9
日期：2022-06-13
