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甘蔗基因组研究取得新进展

日期:2018年10月18日 来源:科技部

在国家863计划“甘蔗、人参功能基因组学研究与应用”(2013AA102604)的资助下,福建农林大学经过五年多的努力,破译了甘蔗基因组并解析甘蔗野生种“割手密”的一系列生物学问题。研究成果以“Allele-defined genome of the autopolyploid sugarcane Saccharum spontaneum L.”为题于2018年10月8号在国际权威学术期刊《自然·遗传学》(Nature Genetics)上在线发表。

甘蔗是基因组最为复杂的作物之一,是单产生物量最大的作物,也是发现C4光合作用途径和研究同源多倍体遗传的模式植物。甘蔗是世界上最重要的糖和生物燃料作物,生产80%的糖和40%的生物燃料。甘蔗是世界性的大宗农产品,根据联合国粮农组织的数据,甘蔗产值超过玉米,在农作物中排在水稻、小麦、大豆、西红柿之后。由于甘蔗经济价值重大,近十多年来,国际上很多国家都在积极开展甘蔗基因组的研究,但由于受其复杂的大基因组、多倍体以及同源异源杂交品种等因素限制,均未获得突破性进展。

项目组应用第三代测序技术,结合物理图谱,并针对同源多倍体基因组拼接组装这一世界性难题开发了新算法,成功地将甘蔗野生种“割手密”四倍体基因组组装到了32条染色体上。甘蔗野生种“割手密”是现在甘蔗栽培品种的重要亲本,为现代栽培杂交种提供了逆境抗性基因资源,其基因组约占甘蔗杂交种基因组的15%。通过分析,科研人员解析了野生种“割手密”作为甘蔗杂交育种抗性基因来源的生物学基础,鉴定了其碳四光合作用的具体类型,阐明了甘蔗高糖含量的基因组学基础, 奠定了我国甘蔗基础生物学研究的国际领先地位。

甘蔗野生种“割手密”种基因组破译是甘蔗基础生物学研究的一个里程碑。该项成果揭示了野生种“割手密”种的基因组演化、抗逆性来源、高糖以及自然群体演化的遗传学基础,这些研究将促进甘蔗分子生物学的快速进展,使甘蔗实施分子育种策略成为可能,从而为加快我国甘蔗品种改良和甘蔗产业发展提供重要的科技支撑。

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