攻克世界級(jí)難題 我科學(xué)家破譯栽培種花生基因組

　　第二看臺(tái)

　　本報(bào)記者 謝開(kāi)飛

　　花生因有助于延年益壽而被譽(yù)為“長(zhǎng)生果”，如何讓其更具有滋養(yǎng)補(bǔ)益之效呢？全世界有106個(gè)國(guó)家種植花生，每年種植面積達(dá)2500萬(wàn)公頃，科學(xué)研究能否促使花生產(chǎn)業(yè)更上一層樓？這些問(wèn)題在最近一項(xiàng)研究成果中得到了解答。

　　日前，福建農(nóng)林大學(xué)召開(kāi)發(fā)布會(huì)宣布，由該校莊偉建教授領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際上首次破譯了四倍體栽培種花生全基因組，奠定了我國(guó)在栽培種花生基因組、花生物種起源與分子育種研究等方面的國(guó)際領(lǐng)先地位，相關(guān)成果在線(xiàn)發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)權(quán)威刊物《自然·遺傳學(xué)》上。

　　“長(zhǎng)生果”基因組之謎難破譯

　　花生是世界上重要的油食兼用作物和第二大植物蛋白質(zhì)來(lái)源，花生籽仁含有80%左右的脂肪和蛋白質(zhì)，富含不飽和脂肪酸、白藜蘆醇、葉酸、膳食纖維，其中高油酸種子可預(yù)防人類(lèi)心血管疾病，成為花生品質(zhì)育種和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

　　中國(guó)花生單產(chǎn)、總產(chǎn)和消費(fèi)量均居于世界首位。在當(dāng)前我國(guó)每年人均消費(fèi)進(jìn)口油籽達(dá)50多公斤、食用植物油2/3依賴(lài)進(jìn)口的嚴(yán)峻形勢(shì)下，高油酸花生的出現(xiàn)，使得花生產(chǎn)業(yè)面臨極其廣闊的發(fā)展前景。

　　不過(guò)，盡管花生如此重要，花生栽培種基因組的破譯卻一直是世界性難題。近10多年來(lái)，國(guó)際上積極開(kāi)展花生的基因組研究，但一直未能取得突破性進(jìn)展，影響了花生學(xué)科發(fā)展和品種遺傳改良進(jìn)程，也使花生的基礎(chǔ)生物學(xué)研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于重要性相當(dāng)?shù)钠渌r(nóng)作物。

　　“這是因?yàn)榛ㄉ鷮儆薪?0個(gè)物種，卻只有一個(gè)栽培種，其基因組大、重復(fù)序列比例高、組裝難度大。”莊偉建向科技日?qǐng)?bào)記者解釋道，同時(shí)，花生的基礎(chǔ)生物學(xué)研究、重要基因精細(xì)定位與功能鑒定、分子遺傳育種和生物技術(shù)研究落后，也長(zhǎng)期影響了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　為攻克這一世界級(jí)的技術(shù)難題，推動(dòng)花生基礎(chǔ)生物學(xué)研究的發(fā)展，福建農(nóng)林大學(xué)在10余年研究的基礎(chǔ)上，牽頭聯(lián)合印度國(guó)際半干旱熱帶作物研究所、華北理工大學(xué)、美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)等23個(gè)單位的優(yōu)秀科技人才組成研究團(tuán)隊(duì)，于2016年啟動(dòng)了栽培種花生基因組研究。

　　2017年，該研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先完成并公布了高質(zhì)量栽培種花生全基因組序列和精細(xì)結(jié)構(gòu)框架，并精確注釋到無(wú)冗余等位基因水平，進(jìn)而全面系統(tǒng)地解析了花生一系列的生物學(xué)問(wèn)題。

　　聯(lián)合攻下世界級(jí)技術(shù)難題

　　為破譯栽培種花生的基因組，研究團(tuán)隊(duì)利用具有全國(guó)70%育成品種血緣的“獅頭企”為材料，利用三代單分子測(cè)序技術(shù)、染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)和超高密度遺傳圖譜，以及其他生物信息學(xué)、遺傳學(xué)、功能基因組學(xué)等手段，突破復(fù)雜基因組組裝的困難，獲得了高質(zhì)量的重疊群，基因組支架組裝總長(zhǎng)達(dá)到花生基因組總長(zhǎng)的94.1%，進(jìn)而精確組裝到20條染色體水平的高質(zhì)量四倍體花生基因組。

　　“這是世界上首個(gè)完成花生全基因組測(cè)序和染色體精細(xì)結(jié)構(gòu)框架注釋的花生基因組，序列錯(cuò)誤率和序列覆蓋深度評(píng)價(jià)達(dá)到高質(zhì)量水平，并經(jīng)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家、院士評(píng)審為多倍體大基因組植物國(guó)際領(lǐng)先。”莊偉建介紹，團(tuán)隊(duì)還首次精確注釋了四倍體栽培種花生的編碼基因和無(wú)冗余同源基因。

　　研究人員用創(chuàng)新技術(shù)確定花生有30596個(gè)無(wú)冗余等位性同源基因?qū)?7913個(gè)重復(fù)基因。“這些同源基因?qū)?yīng)著普遍存在的表達(dá)顯性現(xiàn)象，大多分布在B亞基因組，說(shuō)明栽培花生的生物學(xué)性狀更多起源于B基因組基因。”莊偉建告訴記者，這些發(fā)現(xiàn)為準(zhǔn)確研究基因功能、表達(dá)、劑量效應(yīng)和遺傳模式奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　在首次高質(zhì)量破譯了四倍體栽培種花生的全基因組基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)全面揭示了花生及其他豆科物的染色體起源、核型進(jìn)化和栽培種花生基因組結(jié)構(gòu)變異，全面解析了花生種子大小、種皮顏色和葉片抗性等一系列的生物學(xué)問(wèn)題。

　　不僅如此，研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)EMS（一種人工化學(xué)誘變技術(shù)）和γ-射線(xiàn)誘變，首次創(chuàng)制了雙基因隱性突變高油酸花生的較耐冷品種和品系，有望克服目前全世界在用的高油酸育種難以克服的怕冷不出苗等弊病。

　　有專(zhuān)家表示，該項(xiàng)目的完成是世界花生基礎(chǔ)生物學(xué)研究的一個(gè)里程碑，將極大地促進(jìn)國(guó)際花生分子生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)和遺傳育種學(xué)的快速發(fā)展，提高花生遺傳改良效率，縮短育種周期，培育更高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、安全新品種，對(duì)促進(jìn)我國(guó)和世界花生產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。