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Molecular Plant | 王濤團隊在紫花苜?;蚪M研究領域取得突破
發布日期:2020-07-15 瀏覽次數:  信息來源:生物學院


紫花苜蓿(Medicago sativa)具有蛋白含量高、高纖維素的特點,苜蓿干草粗蛋白含量達到21%以上,是奶牛等草食動物的重要優質飼草,是奶業興旺的物質基礎,被譽為“牧草之王”。目前我國紫花苜蓿種植約七千多萬畝皇马电竞 ,80%種子從美國進口,苜蓿種子進口是中美貿易談判農業領域的“卡脖子”問題皇马电竞 。多年來,由于缺少紫花苜?;蚪M和重要性狀遺傳信息,紫花苜蓿的遺傳與育種工作面臨極大挑戰皇马电竞 。因此皇马电竞 ,研究人員與育種家迫切希望破譯苜?;蚪M結構皇马电竞 。紫花苜蓿由于其異交且亞種間雜交特性,使得其基因組既高度雜合又高度重復皇马电竞 ,同時又是同源四倍體,使得解析基因組工作變得異常復雜皇马电竞 。

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2020年7月13,中國農業大學王濤教授團隊Molecular Plant在線發表了題為“The Chromosome-Level Genome Sequence of the Autotetraploid Alfalfa and Resequencing of Core Germplasms Provide Genomic Resources for Alfalfa Research”的研究論文,破譯了紫花苜蓿栽培種“中苜1號”基因組,并對世界核心種質進行重測序獲得許多重要農藝性狀關聯候選區域。

研究人員利用三代PacBio皇马电竞 、Bionano以及HIC技術,結合最先進組裝策略獲得了完整連續的高質量紫花苜?;蚪M?皇马电竞 ;蚪M大小為816 Mb,Contig N50達到了3.92 Mb,BUSCO評估結果達到93.3%皇马电竞 ,LAI得分達到22.30分,基因組質量達到“gold”參考基因組。結合轉錄本皇马电竞 ,蛋白證據以及從頭預測,注釋得到了49,165個高可信度基因。其中有92.3%的基因有轉錄本證據支持皇马电竞 。

在紫花苜蓿全基因組序列的基礎上,為了探究紫花苜蓿群體的遺傳多樣性皇马电竞 ,研究人員對137份世界核心種質以及25份推測的祖先種藍花苜蓿進行重測序。利用ADMIXTURE162份種質進行群體結構推斷,將群體分為3Group。Group1以藍花苜蓿為主。Group2含有兩個未知的二倍體樣品和一些四倍體樣品皇马电竞 ,有可能是混入的黃花苜蓿種質,也可能是其他未知的亞種,Group3主要由四倍體紫花苜蓿組成皇马电竞 。Group3可進一步劃分為與地理分布高度相關的三個亞組。

北美和南美的苜蓿品種被聚為不同的組,這與苜蓿的遷徙和種植歷史一致皇马电竞 ,苜蓿于16世紀被帶到南美洲,后來在北美種植。結合歷史記錄皇马电竞 ,栽培紫花苜??赡芷鹪从跉W洲的一個祖先群體皇马电竞 ,北美和南美的群體分別是由來自歐洲的兩批殖民者帶來皇马电竞 。紫花苜蓿從其他亞種吸收遺傳成分而不斷豐富其基因池皇马电竞 ,使其分布廣泛并且能夠適應不同的環境。

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為了識別與重要農藝性狀關聯的候選基因,研究人員對137份核心種質進行GWAS分析皇马电竞 。利用246萬個SNP位點,研究人員識別到了與30多個農藝性狀相關聯的超過100個候選區域,包括抗病,抗蟲,生長發育皇马电竞 ,產量以及脅迫響應等性狀。在此之中,研究人員對一個與4個性狀(秋眠性皇马电竞 ,抗冷皇马电竞 ,鹽萌發,單葉節間長度)相關聯的區域進行驗證皇马电竞 。該區域內包含3個FT同源基因,MsFTa1皇马电竞 ,MsFTa2以及MsFTc。FT同源基因已經被報道與樹木休眠相關,因此研究人員對這幾個FT基因是否受鹽誘導進行檢驗。通過qPCR檢驗,對比鹽敏感品種,耐鹽品種MsFTa2顯著高表達并受鹽誘導。GWAS定位和表達模式分析結果表明,MsFTa2的表達差異可能影響紫花苜蓿的秋眠和耐鹽性。結合地理位置,強秋眠鹽敏感型品種主要分布在秋冬季氣溫較低的高緯度地區皇马电竞 ,而弱秋眠耐鹽型品種主要分布在溫度較高、土壤鹽分較高的低緯度地區。因此皇马电竞 ,MsFTa2可能有助于提高紫花苜蓿的環境適應性。

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中國農業大學王濤教授團隊近二十年來一直致力于苜?皇马电竞 ;A研究和應用研究,在苜?皇马电竞 ?鼓嫔飳W和結瘤固氮生物學領域取得一批創新性成果。在本研究中皇马电竞 ,該團隊破譯了我國重要栽培品種“中苜1號”基因組,并對162份世界苜蓿種質資源進行了群體分析,GWAS分析確定了一些候選控制重要農藝性狀的目標區域。 該研究成果的完成,使得我國在苜?;蚪M學研究領域走在了世界前列,顯著提升了我國苜?皇马电竞 ?萍嫉膰H競爭力,并將極大促進國際紫花苜蓿分子育種進程,提高牧草產業發展水平。

中國農業大學博士研究生沈晨、中國科學院遺傳發育所杜會龍博士、陳倬博士、魯宏偉博士為共同第一作者,中國農業大學生物學院王濤教授皇马电竞 、董江麗教授皇马电竞 、中國科學院遺傳發育所梁承志研究員為共同通訊作者。 “中苜1號”材料由中國農科院楊青川研究員饋贈,核心種質資源由美國農業部饋贈皇马电竞 。中國農業大學賴錦盛教授和史俊鵬博士后在論文修改中給予大力幫助皇马电竞 。本研究獲得國家重點研發計劃和山東省農業良種工程項目的支持。

 

論文鏈接:https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(20)30216-1







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