来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2014/10/13 10:07:43
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中国科学家领导国际团队构建番茄变异组图谱

 

中国农业科学院深圳农业基因组研究所副所长、蔬菜花卉研究所研究员黄三文领导的国际团队构建了番茄的变异组图谱。他们通过对360份番茄种质全基因组的分析,发掘了1100多万个SNP标记,重建了番茄驯化和育种的基因组学历史,为番茄生物学研究提供了新的工具,也奠定了番茄全基因组设计育种的基础。最新研究成果以长篇幅论文的形式于10月13日在线发表在权威学术期刊《自然—遗传学》(Nature Genetics)杂志上。论文链接

中国农业科学院的黄三文研究员,杜永臣研究员,华中农业大学的叶志彪教授,和东北农业大学的李景富教授是这篇论文的共同通讯作者。项目主持人黄三文研究员长期从事蔬菜作物基因组学和分子生物学研究,是国际蔬菜基因组领域最具影响力的专家之一。他的团队分别于2009年和2013年构建了第一个蔬菜作物黄瓜的基因组和变异组图谱,并主导或参与了马铃薯、番茄、白菜、西瓜等作物基因组测序,近几年来在Nature和Nature Genetics上发表了7篇论文。杜永臣研究员是农业部“大宗蔬菜产业体系”首席科学家,主要从事番茄重要功能基因挖掘和番茄遗传育种的研究。叶志彪教授目前担任“中国园艺学会番茄分会”理事长,主要从事番茄发育和抗逆生理研究。李景富教授是我国著名的蔬菜育种专家,长期从事番茄育种和种质资源研究。国内中国科学院遗传与发育生物学研究所、北京基因组研究所、新疆农业科学研究院和北京师范大学,以及美国康奈尔大学、加州大学戴维斯分校、法国农业科学院、以色列耶路撒冷大学以及意大利和瑞士等从事番茄研究的主要力量也参与了此项目。

番茄起源于南美洲的印地斯山脉,随着人类迁移逐渐传到中美洲和墨西哥一代,16世纪传到欧洲,在随后的几百年中番茄被传播到世界各地。如今番茄已经为品种多样,世界范围内普遍种植的第一大蔬菜作物,据联合国粮农组织统计总价值达550亿美元。在科研上,番茄也是植物遗传、发育和生理研究的重要模式系统。这项研究是继2012年完成番茄全基因组序列图的绘制后另一重要成果,科研人员对番茄展开了更为全面和深入的探索。

黄三文研究员介绍,今天我们食用的大果栽培番茄是由野生番茄驯化而来的,野生番茄果实非常小,只有1-2克重,经过人工的长期驯化,现代栽培番茄的果重是其祖先的100多倍。然而,番茄果实变大的人工驯化过程一直未有全面的研究。通过群体遗传学分析,研究人员发现果实变大经历了从野生醋栗番茄形成樱桃番茄,最终成为大果栽培番茄的两步驯化过程,并发现在这两个过程中分别有5个和13个果实重量基因受到了人类的定向选择。

番茄在世界各地广泛的种植,由于不同的消费习惯产生了不同类型的分化。本研究运用了群体分化这一分析算法,发现了第五号染色体是决定鲜食番茄和加工番茄差异的主要基因组区域,此区域含有多个控制番茄可溶性固形物和果实硬度的基因,这些基因赋予了加工番茄显著的特征。此外,通过全基因组关联分析,发现了决定粉果果皮颜色的关键变异位点,此位点的变异导致SlMYB12基因启动子区域的缺失,进而影响该基因的表达,从而使得成熟的粉果番茄果皮中不能积累类黄酮。我国北方消费者偏好粉果番茄,这一发现为培育粉果番茄品种提供了有效的分子育种工具。

在现代的番茄育种中,野生种质资源被广泛的应用,通过比较分析,准确地界定了野生渐渗片段在栽培番茄基因组中的位置和长度。研究发现番茄的驯化和野生基因的导入共导致了约25%(200Mb)的基因组区域基本被固定,这严重的限制了番茄的进一步改良。番茄变异组对于打破驯化和导入带来的连锁累赘、进一步提高育种的效率提供了知识基础。

黄三文团队去年构建完成了黄瓜变异组,发现了我国特色资源西双版纳黄瓜的橙红色果肉基因,论文也发表在《Nature Genetics》。“植物育种的历史写在基因组上!‘温故而知新’,变异组研究为未来育种指出了新的方向。”黄三文研究员说。他认为必须把握住新一代基因组测序技术带来的机遇,借助大数据驱动的基因组学研究,努力提高我国蔬菜育种的核心竞争力,促进民族种业的跨越性发展。

通过组织和实施国际番茄基因组计划,中国农业科学院蔬菜花卉研究所为中国园艺界培养了一支富有战斗力的青年科研团队。该论文的第一作者林涛和祝光涛都是中国农业科学院蔬菜花卉研究所博士研究生。这也是他们俩在国际学术期刊上发表的第一篇学术论文。

本研究受到了国家“973”计划、国家杰出青年科学基金、国家“863”计划、农业部和中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。深圳市政府和大鹏新区政府也对项目开展提供了支持。

 
 
 
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