重测序寻找高粱遗传变异 助力粮食作物育种改良

生物谷,2013-08-29

8月28日，来自澳大利亚昆士兰大学、深圳华大基因研究院等单位的科研人员对一重要粮食饲料作物--高粱进行了全基因组测序及分析。该研究比较了44个高粱品种的基因组序列，发现高粱基因组中存在大量的遗传变异，为今后高粱及其它粮食作物的育种改良提供了宝贵的遗传资源，同时也为解决全球日益严峻的粮食问题奠定了重要的科研基础。最新研究结果于《自然•通讯》（Nature Communications）杂志上发表。

气候变化，环境恶化，人口增长等都滋生了一系列严重的生态和社会问题，如何在保护环境的前提下，提高粮食产量和发展新型清洁型能源是摆在全球科学家们面前的一道难题。原产自非洲地区的高粱，具有耐热、耐旱和高产的特征。据统计，全世界每年约有5亿人口以高粱为主食。除了作为粮食作物之外，高粱也是一种主要饲料来源及高价值潜在生物能源作物，因此对高粱基因组进行研究，不仅可以为了解草本及C4植物光合作用的进化机制提供线索，还可为进一步提高高粱产量和作物改良作出积极贡献。

在本研究中，来自中澳两国的科学家通过对44株不同来源的高粱样本，包括地方品种（Landraces），改良品种（Improved inbreds）和野生&杂草材料（Wild和weedy），进行了全基因组重测序及分析，并首次对拟高粱（Sorghum Propinquum）进行了全基因组测序。研究发现，高粱（S. bicolor）与拟高粱都存在丰富的遗传多样性。通过比较分析，科研人员还发现不同的高粱品种在基因组中存在着强烈的种群结构差异和复杂的驯化历程，包括至少发生过两次独立的驯化事件，并证实了来自非洲西部的Guinea-margaritiferums基因组与其它栽培高粱品种之间确实存在显着差异。

研究人员对8M高质量的单核苷酸多态性（SNP）进行了鉴定分析，发现约83%的SNP分布在基因间区，而编码区则相对较为保守，含有较少的SNP位点。野生&杂草材料的SNP数量显着高于地方品种和改良品种，这说明遗传多样性在高粱驯化和改良的过程中存在下降的趋势，进一步研究还鉴定了基因组中与驯化和改良相关的基因。同时，研究人员还在高粱基因组中鉴定了1.9M的插入和缺失变异（Indel）。GO-SLIM基因功能注释发现，这些突变位点主要与细胞组分（Cellular component）基因相关，例如与驯化相关的基因Rc（果皮颜色相关基因）和su1（淀粉合成相关基因）。此外，在高粱基因组中还发现了大量的拷贝数变异（CNV），基因缺失和获得事件（Gene loss and gain events）。这些遗传变异的发现为高粱的改良和驯化提供了重要的科研依据。

华大基因该项目负责人太帅帅指出："作物的驯化和改良一直是育种学家和遗传学家的主攻课题，本研究对44株高粱品种进行测序分析，发现了一系列的变异位点，为高粱的遗传多样性研究以及育种改良提供了宝贵的遗传资源。同时，这也是华大基因继水稻基因组、大豆基因组和玉米基因组之后的又一个重大科研突破。"