《西安新闻网》西农团队小麦基因组学领域又获重要成果

来源:西安新闻网 | 作者: | 发布日期:2019-09-11 | 阅读次数:

  西安新闻网讯(西安报业全媒体记者记者任娜 姜泓)记者9月3日获悉,西北农林科技大学在小麦基因组学领域再次取得突破性进展。该校旱区作物逆境生物学国家重点实验室宋卫宁教授团队利用克隆测序及三代测序技术,对小麦7DL染色体的参考序列进行了补洞和改进,填补了7DL上66%的gap(空缺)序列,提高了7DL组装的准确性和完整性;并从7DL的视角揭示了小麦的驯化过程中基因组结构和序列层面的变化,为解析小麦基因组的演化及其遗传改良提供了重要的参考数据。这是宋卫宁教授团队继完成六倍体小麦全基因组序列破译以及世界首个大规模小麦全基因组重测序研究结果之后取得了又一项重要成果。

  小麦是全世界最重要的粮食作物之一,其年均种植面积约占全世界总耕作面积的17%,年产量超过6.2亿吨,提供了全世界约20%的粮食消耗。相较于其他作物,小麦是唯一一个尚未完成全基因组测序的物种,其基因组体量特别庞大,是人类基因组的5倍,是水稻基因组的40倍,同时又是典型的异源多倍体基因组,重复序列极高。

  去年8月,国际小麦基因组测序磋商组织协调全世界20多个国家60余个实验室的近200位科学家共同完成了普通六倍体小麦全基因组的破译工作。这是小麦基础研究领域具有标志性意义的重大突破,也是复杂基因组测序研究的里程牌,相关研究入选了两院院士评的“2018年世界十大科技进展新闻”。

  但是,大多数现有的植物基因组的组装都存在许多gap,获得完整的基因组仍然是一个挑战,尤其对于重复序列高、基因组庞大的复杂基因组来说。小麦参考基因组序列同样存在大量的gap和拼接错误。据统计,小麦参考基因组IWGSCV1.1版本中有527,170个gaps,序列总长超过409Mbs,其中在7DL染色体上有12,114个gap,总长度约5.7Mb。

  宋卫宁教授团队作为中国唯一加入国际小麦基因组测序磋商组织并承担实质性研究工作的团队,前期完成了7DL染色体物理图谱构建及参考序列测定工作。在此基础上,以所承担的7DL染色体为对象,进一步开展了小麦参考序列的改进和完善工作。研究团队对7DL染色体的gap序列进行了填补和改进,最后进行人工校正,最终填补了8,043个gaps(占总gaps数的66%), 序列长度达3,491,264bp,显著提高了小麦7DL染色体组装的完整性,为小麦7DL染色体基因组的序列注释、单倍型分析和GWAS等研究提供更加准确的参考基因组序列信息。这是小麦测序联盟中,首个完成参考序列改进和升级的染色体,为小麦其他染色体参考序列的改进提高了借鉴和参考,也为小麦全基因组组装和注释的升级(v2.0)奠定了基础。

  在此基础上,研究团队还利用改进后小麦7DL染色体序列与与小麦D组供体节节麦7DL进行了比较分析。相对于节节麦7DL,在小麦7DL上检测到53个基因发生了丢失,进一步分析发现丢失基因显著富集于植物病原互作通路,其中有12个丢失基因是RGA基因,说明在小麦多倍化过程中,抗病相关基因存在严重丢失现象。同时,还鉴定到了86个正选择基因,它们显著富集在细胞骨架蛋白合成和代谢途径,特别是在氧化磷酸化和苯丙醇类生物合成途径,这些基因可能在小麦的驯化与遗传改良过程中发挥了重要作用,是重要的驯化相关候选基因。

  宋卫宁教授团队研究成果为培育抗旱、抗病和高产优质的小麦品种提供了重要的参考数据。据悉,该项研究由西北农林科技大学作为第一完成单位联合加州大学戴维斯分校、澳大利亚默多克大学、澳大利亚西澳大学、捷克科学院植物研究所以及华大基因等10余家单位共同完成。

  来源:西安新闻网    西安报业全媒体编辑:张莹

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