花生要“多產(chǎn)”，先得“長大”。這一看似簡單的邏輯，背后卻藏著復(fù)雜的遺傳奧秘。

近日，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)殷冬梅教授團(tuán)隊(duì)在國際頂級(jí)期刊《Nature Genetics》發(fā)表重磅研究成果，首次繪制了高質(zhì)量的花生泛基因組圖譜，并找到了影響花生籽粒大小和重量的“關(guān)鍵分子開關(guān)”，為未來花生基因組學(xué)輔助改良育種提供了理論基礎(chǔ)和新思路，為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)花生的培育按下“快進(jìn)鍵”。該成果被業(yè)內(nèi)譽(yù)為花生科研領(lǐng)域的“里程碑式突破”，也為“花生高產(chǎn)育種提供了重要靶標(biāo)”。

從269份全球花生種質(zhì)中找答案

花生起源于南美洲，是農(nóng)作物中唯一地上開花、地下結(jié)果的豆科作物，基因組大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜?？蒲袌F(tuán)隊(duì)采集了來自全球34個(gè)主要花生產(chǎn)區(qū)的269份種質(zhì)資源，包括野生種、地方品種和現(xiàn)代改良品種，包括2個(gè)二倍體野生種、2個(gè)四倍體野生種和4個(gè)栽培品種代表，幾乎覆蓋了花生的“前世今生”。

殷冬梅團(tuán)隊(duì)通過高精度基因組組裝，繪制了全球首個(gè)高質(zhì)量花生泛基因組圖譜，構(gòu)建了完整的“泛基因組圖譜”，就像為花生家族繪制了一份精細(xì)的“家譜”。在這份精密“家譜”中，首次揭示了全基因組水平的結(jié)構(gòu)變異(SV)對花生產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響，精準(zhǔn)定位到了決定籽粒大小與重量的關(guān)鍵變異，為花生產(chǎn)量和抗病遺傳改良提供了重要的遺傳資源和新思路。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，決定花生果實(shí)大小和重量的秘密，藏在基因組中的“結(jié)構(gòu)變異”(SV)里。影響花生籽粒大小最重要的“主角”，是一個(gè)名叫AhARF2-2的基因。它的一處微小結(jié)構(gòu)變異會(huì)導(dǎo)致其功能發(fā)生變化，從而“放松了”對籽粒膨大的抑制作用，讓花生籽粒“可以放心長大”。

研究人員進(jìn)一步將該變異導(dǎo)入模式植物擬南芥中，結(jié)果顯示：種子明顯更大了。這一突破為未來通過分子育種手段培育高產(chǎn)花生品種提供了精準(zhǔn)靶點(diǎn)。此外，還發(fā)現(xiàn)另一個(gè)與籽粒重量顯著相關(guān)的變異基因AhCKX6.也是未來育種中的“潛力股”。

為花生育種提供精準(zhǔn)“加速器”

花生是全球重要的油料與經(jīng)濟(jì)作物，其單產(chǎn)水平的提升對于保障植物油和優(yōu)質(zhì)蛋白的供給、維護(hù)糧油安全具有舉足輕重的作用。殷冬梅團(tuán)隊(duì)這項(xiàng)研究不僅豐富了人類對花生基因組的理解，也為花生產(chǎn)業(yè)帶來了實(shí)實(shí)在在的應(yīng)用前景。

對此，中國科學(xué)院錢前院士給出高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為該研究“是花生科研領(lǐng)域里程碑式的重大突破，為未來種質(zhì)創(chuàng)制與育種策略的制定提供了新思路和策略，也為其他作物的泛基因組研究提供了寶貴的借鑒。”

中國工程院院士張獻(xiàn)龍指出，該項(xiàng)研究不僅填補(bǔ)了花生基因組研究的重大空白，為深入理解花生從野生種到栽培種的演化過程提供了豐富的遺傳資源，“將加速我國花生良種培育，會(huì)大大加快培育出更強(qiáng)適應(yīng)性、更高產(chǎn)量和更好品質(zhì)的花生新品種。”

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)殷冬梅教授、上海交通大學(xué)韋朝春教授和澳大利亞莫道克大學(xué)Rajeev K. Varshney院士為論文共同通訊作者，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)青年教師趙昆昆、上海交通大學(xué)青年教師薛泓嶂和山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院李國衛(wèi)研究員為論文共同第一作者。

殷冬梅教授領(lǐng)銜的河南農(nóng)業(yè)大學(xué)花生功能基因組及分子設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，依托于河南省花生基因組與分子育種工程技術(shù)研究中心，主要從事花生基因組與功能基因挖掘，致力于揭示花生產(chǎn)量、品質(zhì)和抗病性狀形成的機(jī)制與調(diào)控途徑研究，圍繞“卡脖子”種業(yè)問題開展科研攻關(guān)，近年來相繼發(fā)布全球首個(gè)高質(zhì)量野生異源四倍體花生基因組、全球首個(gè)花生三維基因組圖譜，并圍繞相關(guān)領(lǐng)域在國際頂級(jí)期刊發(fā)表高水平論文120余篇，取得多項(xiàng)原創(chuàng)性研究成果。

殷冬梅表示，自己最大的愿望就是通過基因編輯、分子標(biāo)記輔助選擇等現(xiàn)代育種技術(shù)，“為國家培育出最好的‘金種子’，讓花生真正成為農(nóng)民增收致富的‘金豆子’。”

作者：周紅飛 楊藝辰 農(nóng)民日報(bào)·中國農(nóng)網(wǎng)記者 范亞旭

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