農(nóng)學(xué)院焦晨研究員和康奈爾大學(xué)Zhangjun Fei教授等合作解析菠菜馴化歷史與重要農(nóng)藝性狀的遺傳基礎(chǔ)
2021年12月13日，浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院焦晨研究員和康奈爾大學(xué)Zhangjun Fei教授課題組等聯(lián)合在Nature Communications發(fā)表了題為 “Genomic analyses provide insights into spinach domestication and the genetic basis of agronomic traits” 的研究成果。該研究通過比較基因組學(xué)和群體基因組學(xué)等手段揭示了菠菜這一重要園藝作物的演化及馴化歷史，并利用所構(gòu)建的高密度菠菜群體變異圖譜對包括抗性和品質(zhì)在內(nèi)的20個重要性狀進(jìn)行了全基因組關(guān)聯(lián)分析，獲得了一系列與重要性狀相關(guān)聯(lián)的候選基因，為菠菜的抗病及品質(zhì)改良育種工作奠定了基礎(chǔ)。
菠菜是一種營養(yǎng)豐富的藜科綠葉蔬菜。與其它重要園藝作物相比，菠菜的抗病及品質(zhì)改良育種工作一直嚴(yán)重滯后，這在很大程度上歸咎于其基因組和群體遺傳多樣性相關(guān)數(shù)據(jù)的缺失。為此，該研究團(tuán)隊于2017年在Nature Communications上發(fā)表了一個菠菜的基因組草圖和120份菠菜材料的轉(zhuǎn)錄組圖譜。由于技術(shù)和材料（菠菜基因組雜合度和重復(fù)序列較高）的限制，該基因組仍處于草圖水平。在本研究中，通過使用PacBio、 Hi-C技術(shù)以及特殊的雌雄同株可自交菠菜，最終獲得了一個高準(zhǔn)確度的染色體水平參考基因組。團(tuán)隊重構(gòu)了包括菠菜、甜菜和藜麥等重要藜科物種的祖先核型，發(fā)現(xiàn)菠菜在與祖先藜科物種分化后出現(xiàn)了大量的基因組重排，這與其基因組中富含高重復(fù)序列等特征相吻合。
研究團(tuán)隊收集并測序了來自世界范圍的300余份栽培和野生菠菜，構(gòu)建了一個高密度的菠菜基因組變異圖譜，并利用群體基因組學(xué)深度解析了栽培和野生菠菜的遺傳多樣性和群體分化特點(diǎn)。同時本研究還通過對20個重要農(nóng)藝性狀的全基因組關(guān)聯(lián)分析確定了一系列顯著相關(guān)的區(qū)域和候選基因，為培育高霜霉病抗性和低草酸菠菜的育種目標(biāo)提供了便利。此外，通過比較野生和栽培菠菜的遺傳多樣性，還發(fā)現(xiàn)了菠菜不同于其他作物的基因組馴化特點(diǎn)，并鑒定到了一些和菠菜馴化性狀（如葉片表型、抽薹和開花）相關(guān)的受選區(qū)域，揭示了人工選擇在菠菜表型/基因型進(jìn)化中的重要作用。這項研究不僅加深了大家對菠菜進(jìn)化和馴化的認(rèn)識，也為菠菜育種改良提供了寶貴的資源。
浙江大學(xué)的焦晨研究員為本文的共同第一和共同通訊作者、康奈爾大學(xué)的Zhangjun Fei教授和上海師范大學(xué)的王全華研究員、王全喜教授為本文的共同通訊作者，上海師范大學(xué)蔡曉鋒副教授、浙江農(nóng)林大學(xué)孫學(xué)鵬教授和上海師范大學(xué)徐晨曦副教授為本文的共同第一作者。
圖 菠菜霜霉病抗性的全基因組關(guān)聯(lián)分析
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論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27432-z
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