人才强校 | 王涛团队解析紫花苜蓿复杂基因组结构研究取得突破

本网讯 紫花苜蓿(Medicago sativa)具有蛋白含量高、高纤维素的特点，苜蓿干草粗蛋白含量达到21%以上，是奶牛等草食动物的重要优质饲草，是奶业兴旺的物质基础，被誉为“牧草之王”。目前我国紫花苜蓿种植约七千多万亩，80%种子从美国进口，苜蓿种子进口是中美贸易谈判农业领域的“卡脖子”问题。多年来，由于缺少紫花苜蓿基因组和重要性状遗传信息，紫花苜蓿的遗传与育种工作面临极大挑战。因此，研究人员与育种家迫切希望破译苜蓿基因组结构。紫花苜蓿由于其异交且亚种间杂交特性，使得其基因组既高度杂合又高度重复，同时又是同源四倍体，使得解析基因组工作变得异常复杂。

近日，我校王涛教授团队与中国科学院遗传所合作在Cell子刊Molecular Plant在线发表了题为“The Chromosome-Level Genome Sequence of the Autotetraploid Alfalfa and Resequencing of Core Germplasms Provide Genomic Resources for Alfalfa Research”的研究论文，破译了紫花苜蓿栽培种“中苜1号”基因组，并对核心种质进行重测序获得许多重要农艺性状关联候选区域。

研究人员利用三代PacBio、Bionano以及HIC技术，结合最先进组装策略获得了完整连续的高质量紫花苜蓿基因组。基因组大小为816 Mb，Contig N50达到了3.92 Mb，BUSCO评估结果达到93.3%，LAI得分达到22.30分，基因组质量达到“gold”参考基因组。结合转录本，蛋白证据以及从头预测，注释得到了49,165个高可信度基因。其中有92.3%的基因有转录本证据支持。为了识别与重要农艺性状关联的候选基因，研究人员对137份核心种质进行GWAS分析，并取得了一批重要发现。利用246万个SNP位点，研究人员识别到了与30多个农艺性状相关联的超过100个候选区域，包括抗病，抗虫，生长发育，产量以及胁迫响应等性状。为今后分子标记辅助育种和分子设计育种奠定了重要基础。

王涛教授团队近二十年来一直致力于苜蓿基础研究和应用研究，在苜蓿抗逆生物学和结瘤固氮生物学领域取得一批创新性成果。本研究成果的完成，使得我国在苜蓿基因组学研究领域走在了世界前列，显著提升了我国苜蓿科技的国际竞争力，并将加快推动全球紫花苜蓿分子育种进程，提高牧草产业发展水平。

中国农业大学博士研究生沈晨、中国科学院遗传发育所杜会龙博士、陈倬博士、鲁宏伟博士为共同第一作者，中国农业大学王涛教授、董江丽教授、中国科学院遗传发育所梁承志研究员为共同通讯作者。本研究获得国家重点研发计划和山东省农业良种工程项目的支持。