中科院科研人員繪出大豆圖形結(jié)構(gòu)泛基因組

圖：大豆圖形結(jié)構(gòu)泛基因組分析。中科院遺傳發(fā)育所供圖

6月17日，《細胞》雜志在線發(fā)表了中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員田志喜等科研團隊關(guān)于大豆泛基因組的最新研究進展。該項成果突破了傳統(tǒng)線性基因組的存儲形式，在植物中首次實現(xiàn)了基于圖形結(jié)構(gòu)基因組的構(gòu)建，將引領(lǐng)全新的下一代基因組學(xué)研究思路和方法，被審稿人稱為“基因組學(xué)的里程碑工作”。

“我們在研究中發(fā)現(xiàn)，不同大豆種質(zhì)資源之間存在較大的遺傳變異，單一或少數(shù)基因組不能代表大豆群體的所有遺傳變異。”田志喜說，“不管是基礎(chǔ)研究還是分子設(shè)計育種，都需要能夠代表不同大豆種質(zhì)材料的全新基因組資源。”

田志喜團隊聯(lián)合中科院遺傳發(fā)育所梁承志和朱保葛研究團隊、中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌院士團隊、上海師范大學(xué)黃學(xué)輝團隊等，對來自世界大豆主產(chǎn)國的2898個大豆種質(zhì)材料進行了深度重測序和群體結(jié)構(gòu)分析，精心挑選出26個最具代表性的大豆種質(zhì)材料，包括3個野生大豆，9個農(nóng)家種和14個現(xiàn)代栽培品種。

科研人員利用最新組裝策略，對26個大豆種質(zhì)材料進行了高質(zhì)量的基因組從頭組裝和精確注釋，開展了系統(tǒng)的基因組比較，構(gòu)建了高質(zhì)量的基于圖形結(jié)構(gòu)泛基因組，挖掘到大量利用傳統(tǒng)基因組不能鑒定到的大片段結(jié)構(gòu)變異。

經(jīng)過深入分析后，研究人員發(fā)現(xiàn)，這些結(jié)構(gòu)變異在許多重要農(nóng)藝性狀調(diào)控中發(fā)揮了重要作用。例如，HPS基因的結(jié)構(gòu)變異調(diào)控大豆種皮亮度變化，野生與栽培大豆CHS基因簇的結(jié)構(gòu)變異是導(dǎo)致種皮顏色由黑色向黃色馴化的主要原因等等。

“本次泛基因組研究所選用的大豆種質(zhì)材料不僅在遺傳多樣性上具有代表性，且具有重要的育種和生產(chǎn)價值。”田志喜認為，該泛基因組和相關(guān)的2898份種質(zhì)材料遺傳變異的發(fā)布為大豆研究提供了極為重要的資源和平臺，將大力推進大豆分子設(shè)計育種，助力實現(xiàn)大豆“綠色革命”。

據(jù)了解，大豆馴化起源于中國，隨后廣泛傳播于世界各地，為人類提供了主要的植物油料和蛋白資源，是重要的糧食經(jīng)濟作物。但與水稻和小麥相比，在過去的60年里，大豆平均單產(chǎn)相對其他主糧作物而言尚無明顯突破。我國大豆需求量大，因此加強大豆研究，提高大豆生產(chǎn)能力迫在眉睫。

http://doi.org/10.1016/j.cell.2020.05.023