中國科學家攻克世界級難題： 破譯栽培種花生基因組

謝開飛

日前，福建農(nóng)林大學召開發(fā)布會，宣布莊偉建教授領銜的科研團隊，在國際上首次破譯了四倍體栽培種花生全基因組，奠定了我國在栽培種花生基因組、花生物種起源與分子育種研究等方面的國際領先地位，相關成果在線發(fā)表于國際學術權威刊物《自然·遺傳學》上。

“長生果”基因組之謎難破譯

花生是世界上重要的油食兼用作物和第二大植物蛋白質(zhì)來源，花生籽仁含有80%左右的脂肪和蛋白質(zhì)，富含不飽和脂肪酸、白藜蘆醇、葉酸、膳食纖維，其中高油酸種子可預防人類心血管疾病，成為花生品質(zhì)育種和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵。

中國花生單產(chǎn)、總產(chǎn)和消費量均居于世界首位。在當前我國每年人均消費進口油籽達50多公斤、食用植物油2/3依賴進口的嚴峻形勢下，高油酸花生的出現(xiàn)，使得花生產(chǎn)業(yè)具有極其廣闊的發(fā)展前景。

不過，盡管花生如此重要，花生栽培種基因組的破譯卻一直是世界性難題。近10多年來，國際上積極開展花生的基因組研究，但一直未能取得突破性進展，影響了花生學科發(fā)展和品種遺傳改良進程，也使花生的基礎生物學研究遠遠落后于重要性相當?shù)钠渌r(nóng)作物?！斑@是因為花生屬有近80個物種，卻只有一個栽培種，其基因組大、重復序列比例高、組裝難度大?！鼻f偉建向科技日報記者解釋道。同時，花生的基礎生物學研究、重要基因精細定位與功能鑒定、分子遺傳育種和生物技術研究落后，也長期影響了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

為攻克這一世界級的技術難題，推動花生基礎生物學研究的發(fā)展，福建農(nóng)林大學在10余年研究的基礎上，牽頭聯(lián)合印度國際半干旱熱帶作物研究所、華北理工大學、美國佛羅里達大學等23個單位的優(yōu)秀科技人才組成研究團隊，于2016年啟動了栽培種花生基因組研究。

2017年，該研究團隊在國際上率先完成并公布了高質(zhì)量栽培種花生全基因組序列和精細結構框架，并精確注釋到無冗余等位基因水平，進而全面系統(tǒng)地解析了花生一系列的生物學問題。

聯(lián)合攻下世界級技術難題

為破譯栽培種花生的基因組，研究團隊利用具有全國70%育成品種血緣的“獅頭企”為材料，利用三代單分子測序技術、染色體構象捕獲技術和超高密度遺傳圖譜，以及其他生物信息學、遺傳學、功能基因組學等手段，突破復雜基因組組裝的困難，獲得了高質(zhì)量的重疊群，基因組支架組裝總長達到花生基因組總長的94.1%，進而精確組裝到20條染色體水平的高質(zhì)量四倍體花生基因組。

“這是世界上首個完成花生全基因組測序和染色體精細結構框架注釋的花生基因組，序列錯誤率和序列覆蓋深度評價達到高質(zhì)量水平，并經(jīng)國內(nèi)外專家、院士評審為多倍體大基因組植物國際領先。”莊偉建介紹，團隊還首次精確注釋了四倍體栽培種花生的編碼基因和無冗余同源基因。

研究人員用創(chuàng)新技術確定花生有30596個無冗余等位性同源基因?qū)?7913個重復基因?！斑@些同源基因?qū)毡榇嬖诘谋磉_顯性現(xiàn)象，大多分布在B亞基因組，說明栽培花生的生物學性狀更多起源于B基因組基因。”莊偉建告訴記者。這些發(fā)現(xiàn)為準確研究基因功能、表達、劑量效應和遺傳模式奠定了堅實基礎。

在首次高質(zhì)量破譯了四倍體栽培種花生的全基因組基礎上，研究團隊全面揭示了花生及其他豆科物的染色體起源、核型進化和栽培種花生基因組結構變異，全面解析了花生種子大小、種皮顏色和葉片抗性等一系列的生物學問題。

不僅如此，研究團隊還通過EMS（一種人工化學誘變技術）和γ-射線誘變，首次創(chuàng)制了雙基因隱性突變高油酸花生的較耐冷品種和品系，有望克服目前全世界在用的高油酸育種難以克服的怕冷不出苗等弊病。

有專家表示，該項目的完成是世界花生基礎生物學研究的一個里程碑，將極大地促進國際花生分子生物學、系統(tǒng)生物學和遺傳育種學的快速發(fā)展，提高花生遺傳改良效率，縮短育種周期，培育更高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、安全新品種，對促進我國和世界花生產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

（來源：科技日報）