中新網(wǎng)成都7月19日電 (記者 賀劭清)北京時(shí)間18日23時(shí)許，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所彭遠(yuǎn)英教授研究團(tuán)隊(duì)的論文《基于參考基因組揭示六倍體燕麥的起源和進(jìn)化》在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Nature Genetics》上在線發(fā)表。該項(xiàng)研究首次破譯六倍體栽培裸燕麥的基因組，并深入研究了六倍體燕麥的起源與亞基因組進(jìn)化，繪制出燕麥的“基因密碼圖”。
該項(xiàng)研究將加速栽培燕麥的遺傳改良和分子設(shè)計(jì)育種，對(duì)培育優(yōu)良燕麥品種、提升燕麥產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、保障糧食安全將產(chǎn)生重要作用，可進(jìn)一步滿足新時(shí)代人們對(duì)營(yíng)養(yǎng)健康食物的要求。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所魏育明教授為共同通訊作者。
中國(guó)科研人員解碼裸燕麥“中國(guó)芯”?！∷拇ㄞr(nóng)業(yè)大學(xué)供圖目前，燕麥廣泛分布在五大洲42個(gè)國(guó)家。世界各國(guó)的栽培種以皮燕麥為主，而中國(guó)主要種植裸燕麥。裸燕麥加工工藝更加簡(jiǎn)單，具有更高的蛋白和粗脂肪含量，且氨基酸組成更加平衡，極具研究?jī)r(jià)值。
中國(guó)作為裸燕麥的起源和種植中心，具有豐富的裸燕麥遺傳多樣性。此次發(fā)表的成果正是以中國(guó)裸燕麥起源中心的地方裸燕麥品種“三分三”為材料。通過對(duì)“三分三”的研究，繪制出了燕麥基因組21對(duì)染色體的分子圖譜，注釋出了12萬個(gè)蛋白編碼基因。該工作為科研人員解析燕麥基因組進(jìn)化和馴化提供了高質(zhì)量的基因組信息和全新視角。
彭遠(yuǎn)英表示，有了基因組圖譜，中國(guó)裸燕麥的育種和遺傳研究就會(huì)進(jìn)入“快車道”，能根據(jù)基因信息來定向培育具有特定性狀、功能的裸燕麥，比如讓其中β-葡聚糖含量更高，幫助食用者通過攝入膳食纖維有效控制膽固醇和糖尿病。
據(jù)了解，早在2002年水稻基因組圖譜便已發(fā)表，此后玉米、馬鈴薯、大豆、小麥等眾多主要農(nóng)作物的基因組測(cè)序也相繼完成。時(shí)隔20年，燕麥的基因組測(cè)序結(jié)果姍姍來遲，正是因其研究難度極大。
中國(guó)科研人員解碼裸燕麥“中國(guó)芯”?！∷拇ㄞr(nóng)業(yè)大學(xué)供圖現(xiàn)有的栽培燕麥經(jīng)在漫長(zhǎng)進(jìn)化過程的自然雜交和加倍，從二倍體形成四倍體最終多倍化為含有A、C和D三個(gè)基因組的六倍體，它們由約110億個(gè)堿基對(duì)組成，分布在細(xì)胞核3個(gè)亞基因組的21對(duì)染色體中。其基因組龐大而復(fù)雜，體量約為水稻基因組的40倍，且有大約87%的基因組DNA為重復(fù)序列，致使其基因組測(cè)序組裝研究非常困難。六倍體燕麥參考基因組是迄今為止科學(xué)家測(cè)序的所有物種中最復(fù)雜的基因組之一。
中國(guó)科研人員設(shè)計(jì)了選用可進(jìn)行更長(zhǎng)DNA片段高精確度測(cè)序的超長(zhǎng)測(cè)序技術(shù)，并利用近20年的燕麥屬物種研究經(jīng)驗(yàn)積累，選擇了栽培燕麥最可能的四倍體和二倍體祖先，結(jié)合HiC、二代測(cè)序、全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序等不同技術(shù)手段，最終完成了中國(guó)裸燕麥的染色體組裝、掛載和注釋，獲得了裸燕麥的高質(zhì)量參考基因組。
在獲得的燕麥參考基因組基礎(chǔ)上，中國(guó)科研人員還有一些有趣的發(fā)現(xiàn)。在進(jìn)一步選擇了能代表燕麥屬現(xiàn)存所有基因組類型物種，結(jié)合水稻、小麥等其它近緣屬種，從全基因組層面解析燕麥在主要禾谷類作物中的進(jìn)化地位和栽培燕麥的起源及多倍化歷史后，研究發(fā)現(xiàn)燕麥屬物種約在800萬年前產(chǎn)生。而在約50萬年前——人類舊石器時(shí)代，現(xiàn)在廣泛種植和食用的六倍體栽培燕麥就通過AA基因組二倍體和CCDD基因組四倍體雜交加倍形成了。
“燕麥作為六倍體作物，它在生物量、活力和對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)性方面均具有顯著優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)對(duì)糧食安全挑戰(zhàn)中可以發(fā)揮其獨(dú)特作用。”彭遠(yuǎn)英表示，深入了解燕麥的進(jìn)化歷史將極大地促進(jìn)滲透育種和將性狀從燕麥最接近的現(xiàn)存野生親緣轉(zhuǎn)移到栽培燕麥，有力推動(dòng)燕麥優(yōu)良品種的選育工作。
此外，該研究根據(jù)參考基因組序列和注釋信息預(yù)測(cè)了燕麥皮裸籽粒和抗病等重要性狀相關(guān)的關(guān)鍵基因位點(diǎn)，體現(xiàn)了參考基因組在重要性狀基因挖掘和燕麥分子育種方面的重要價(jià)值。燕麥參考基因組的構(gòu)建作為燕麥研究邁入基因組時(shí)代的第一步，將使燕麥的全基因組選擇育種和精準(zhǔn)育種成為可能?！拔覀儸F(xiàn)在可以開始考慮如何使用現(xiàn)代育種策略，如基因組編輯等方法，進(jìn)一步改進(jìn)和開發(fā)特定的燕麥品種，以滿足全球?qū)@種健康食品和優(yōu)質(zhì)飼草日益增長(zhǎng)的需求?！迸磉h(yuǎn)英表示。
接下來，該團(tuán)隊(duì)還將結(jié)合原有研究?jī)?yōu)勢(shì)，在已有基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入開展燕麥起源、馴化和優(yōu)異基因資源發(fā)掘與利用等研究工作，期望研究結(jié)果能進(jìn)一步推動(dòng)燕麥的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和育種。(完)