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中国科学家在野生大豆中发现新的耐盐基因,助力大豆育种改良

来源:生物谷 2014-07-10 13:00

(本文作者:胡雯、刘佳)2014年7月10日,来自香港中文大学、深圳华大基因研究院等单位的科研人员联合完成了野生大豆W05的全基因组测序工作,并通过对野生大豆重要农业性状关联基因进行研究,进而发现了新的耐盐基因。该研究成果为揭示野生大豆的遗传信息,加速大豆种质资源改良,推动农业育种进程奠定了重要的遗传学基础。最新研究成果于《自然?通讯》(Nature Communications)杂志在线发表(http://www.nature.com/ncomms/2014/140709/ncomms5340/full/ncomms5340.html)。

大约6000至9000年前,我国就开始进行野生大豆的驯化。但是在驯化过程中,大豆的栽培种丢失了很多与环境适应相关的重要基因,因此栽培大豆具有的遗传多样性比野生大豆低很多。然而这种缺失的遗传多样性可以通过育种的方法进行改良,也就是说可以将野生大豆中能够适应某一特定环境的基因重新引入到栽培大豆中。这种将野生种优良性状基因转入到栽培种从而加速作物改良的策略已经在水稻、玉米、小麦等育种研究中获得成功。

在本研究中,科研人员对野生大豆进行了全基因组测序, 组装得到大约868Mb的基因组序列,并利用一种新颖且有效的研究策略来挖掘野生大豆基因组遗传信息。结合全基因组测序方法和野生大豆基因组de novo序列,他们构建了基于测序的基因分型遗传图谱,并利用之前获得的大豆种质资源的重测序数据,发现了新的耐盐基因——GmCHX1。 GmCHX1是离子转运基因,在盐胁迫条件下,该基因负责维持较低的钠离子与钾离子比率,以增强大豆的耐盐性。

盐化作用对于农业的产量构成了严重的威胁,它影响全球20%灌溉地作物的收成。在盐胁迫条件下,野生大豆表现出很高的耐受性,因此对于提高大豆的耐盐性改良而言,野生大豆拥有非常好的遗传资源。当大豆植物处于氯化钠环境中,相对于栽培大豆而言,野生大豆叶子中钠离子、钠离子与钾离子的比率显着偏低,这表明离子转运体在耐盐性方面发挥了重要的作用。研究人员通过比对野生种大豆和栽培种大豆的基因组序列,发现对盐比较敏感的栽培大豆的离子转运基因GmCHX1中嵌入了逆转录转座子,而耐盐性的野生大豆保留了完整的GmCHX1序列。

研究人员还发现拥有完整GmCHX1基因序列是大豆祖先共有的特征,敏感性的后代积累了不同类型的基因突变如编码区域的重复序列插入或者启动子区的碱基突变。这些变异导致GmCHX1功能异常或者低表达。对于盐敏感性大豆,GmCHX1基因的缺失是在无压力环境中抗逆基因负选择的一个典型的例子。

华大基因该项目负责人谢敏表示,“在这项研究中,我们结合野生大豆W05的基因组序列,高密度的QTL图,比较基因组学分析以及功能学实验,首次发现了基因GmCHX1与野生大豆耐盐性相关。这仅仅只是一个开始,野生大豆W05基因组序列的发布,将助利其他大豆研究者解析野生大豆的优良性状,并为育种专家的品种改良实验提供宝贵的资源。”(生物谷Bioon.com)

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