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科學(xué)家構(gòu)建鷹嘴豆屬超級泛基因組
作者：刁雯蕙  來源：中國科學(xué)報   
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鷹嘴豆是世界第三大豆類作物，具有重要的經(jīng)濟(jì)價值和營養(yǎng)價值，其固氮能力能改善土壤肥力，具有獨(dú)特的生態(tài)價值。但鷹嘴豆的遺傳背景相對狹窄、抵抗生物或非生物脅迫的能力不足，限制了它的育種改良。
5月29日，華大生命科學(xué)研究院聯(lián)合國際半干旱熱帶作物研究中心、西澳大學(xué)、莫道克大學(xué)等單位的研究成果發(fā)表于《自然—遺傳學(xué)》。研究團(tuán)隊成功組裝了8個一年生鷹嘴豆屬野生種的基因組，并結(jié)合已發(fā)表的2個鷹嘴豆基因組，構(gòu)建了超級泛基因組，為鷹嘴豆育種提供了重要數(shù)據(jù)資源和方向。
研究組裝的8個高質(zhì)量野生種基因組，大小從435兆到895兆不等、基因數(shù)從23486到29642不等。研究分析發(fā)現(xiàn)可能存在古老的重排事件，且鷹嘴豆屬具有3個重要的基因池，并推斷了基因池之間的分歧時間。
該研究揭示，鷹嘴豆屬超級泛基因組由24827個基因家族組成。其中，14748個基因家族為核心基因，它們存在于鷹嘴豆屬的所有物種，主要參與生長、DNA修復(fù)、細(xì)胞通信等基本生物功能；6212個基因家族為可變基因，它們存在于鷹嘴豆屬的2至8個物種中，主要參與防御響應(yīng)、生長素響應(yīng)、生物刺激響應(yīng)等生物功能。
此外，研究還鑒定出鷹嘴豆屬內(nèi)存在的2944萬個單核苷酸多態(tài)性、633萬個小插入缺失和491937個結(jié)構(gòu)變異。通過將鑒定出的結(jié)構(gòu)變異整合到參考基因組中，挖掘了477個鷹嘴豆屬個體中的變異多樣性，發(fā)現(xiàn)這些變異在開花時間和抗病性等重要性狀中可能扮演著重要角色，其中，678個結(jié)構(gòu)變異與200個與開花相關(guān)的基因重疊、1667個結(jié)構(gòu)變異與556個抗病基因重疊。
論文第一作者、國際半干旱熱帶作物研究中心高級科學(xué)家阿米爾·汗認(rèn)為：“我們將野生近緣種這一非常重要的資源納入，可以在更廣泛的基因多樣性基礎(chǔ)上，挖掘農(nóng)藝學(xué)性狀相關(guān)的重要基因，有望推動鷹嘴豆品種的進(jìn)一步遺傳育種改良�！�
“我們發(fā)現(xiàn)，近緣野生種具有更多的遺傳多樣性和變異，可能有助于改善鷹嘴豆的抗病性、開花時間和抗逆性等性狀�！痹撗芯宽椖控�(fù)責(zé)人、澳大利亞莫道克大學(xué)國家農(nóng)業(yè)生物技術(shù)中心主任拉吉夫·瓦爾什尼說道。
文章通訊作者、華大生命科學(xué)研究院研究員劉心表示：“一系列基因組學(xué)研究將推動鷹嘴豆的育種改良，同時為其他作物的改良、應(yīng)對氣候變化和糧食安全解決提供解決方案�！�
相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41588-024-01760-4
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