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bob综合多特蒙德:饭豆(赤小豆)高质量基因组及重要性状遗传解析完成

9月29日,bob综合多特蒙德特色农作物优异种质资源发掘与创新利用创新团队牵头国内外多家单位完成了饭豆高质量基因组组装和解析,揭示了其进化地位,解析了群体遗传多样性和遗传结构,鉴定出多个重要性状主效位点和候选基因,发掘了一批优异潜在育种亲本材料,对未来饭豆育种改良提供重要参考,同时也为豇豆属其他作物的育种研究提供优异基因资源。相关研究成果在《自然通讯(Nature Communications)》上以长文形式发表。

饭豆高质量参考基因组及其基因组特征分布

饭豆,俗称赤小豆、米豆、爬山豆,与近缘种绿豆、小豆等相比,饭豆具有高产、高抗病虫、耐逆性好等更多优势,是有效应对气候变化却在现代农业生产中被忽视的潜力作物。作为小众豆种,饭豆是典型的“亚洲作物”,遗传育种研究落后,且缺乏高质量基因组和精细物理图谱,阻碍了饭豆重要性状的遗传解析和优异基因的挖掘利用。

研究团队组装出迄今为止连续性最高的豇豆属基因组(525.6 Mb),注释出26,736个高置信度蛋白质编码基因。基于440份地方品种全基因组重测序,将饭豆资源分为三个遗传组,即南亚和东南亚组,中国南方组和中国北方组。其中南亚和东南亚组的遗传多样性最丰富,从全基因组水平支撑了南亚和东南亚地区为饭豆起源地的假说。研究人员还从饭豆对光周期变化较为敏感的特性入手,分析了不同地理组之间的遗传分化,鉴定出三个在高、低纬度区的开花期形成显著差异的主效QTL和候选基因(PRR3b,FT,FUL),可以作为培育广适性品种的高效分子标记。此外,基于两年两点的粒长、百粒重等数据分析,发现了一个引起粒长和粒重增加的主效QTL(CYP78A6)。

针对产量相关性状,研究鉴定到一个位于TFL1基因第一个外显子上的2-nt缺失,使TFL1基因翻译提前终止。其中具有纯合2-nt缺失的32份地方种全部来自中国中南部的湖北、湖南、重庆、贵州和广西相邻五。矣肫渌胤街幸糯只飨,表明这32份种质大约200年前受到了当地农民的选择或改良,可以作为未来育种的优良亲本材料。

总之,饭豆高质量参考基因组的组装、地方品种变异图谱的构建及开花期、生长习性及产量相关性状等基因发掘,为饭豆进化分析、种质创新和育种改良等,为研究豇豆属进化提供了重要借鉴和宝贵资源,也为探索饭豆起源驯化和重要性状基因克隆奠定了基础。

饭豆进化地位分析

bob综合多特蒙德已毕业博士生官健涛和已毕业硕士张金涛、公丹为论文的共同第一作者。bob综合多特蒙德王丽侠研究员和北京市农林科学院生物技术研究所谢华研究员为论文的共同通讯作者。研究得到了科技部国家重点研发计划、国家食用豆产业技术体系、作物种质资源保护、bob综合多特蒙德创新工程和第三次全国农作物普查等项目的支持。

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-33515-2



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