全站搜索:
 科技动态 
 “1488”专栏 

 

 

  科技动态
当前位置: 首 页 > 科技动态 > 科技动态 > 正文
 
全球首个青稞基因组图谱发布,将助力于高原作物的适应性机制研究
2015年01月13日  

西藏是世界大麦驯化和青稞多样化品种栽培中心之一。青稞,在植物分类学上是大麦的一个变种---裸大麦,但是在藏语中称为“乃”,和其他大麦不同,青稞经过藏族人民长达3500~4000年的驯化栽培,已经完全适应了极端高原气候、富含了浓郁民族文化、具有了特殊农艺和品质性状的粮食作物。千百年来,青稞是藏族人民在青藏高原上生活的主食—糌粑和饮品—青稞酒的唯一原料。现在,随着青稞加工业的发展,已经成为青稞饼干、青稞酥、青稞面片、青稞红曲酒、青稞醋以及青稞白酒等的重要原料。据悉,青稞种植面积占西藏粮食播种面积的70%以上,特别是在高海拔地区青稞种植面积比重更大。大米和小麦可以从内地大量调运,但是青稞作为粮食作物在西藏具有不可替代性,因此,在保障西藏粮食安全中占有重要的战略地位。

为培育高产优质青稞品种,揭示青稞的高原适应性机制,解读其起源、驯化及栽培选育过程,在西藏自治区财政厅专项和自治区科技厅项目支持下,西藏自治区农牧科学院,包括其下属农业研究所、省部共建西藏青稞种质改良和牦牛繁育国家重点实验室培育基地和藏区青稞生物学与遗传育种重点实验,中国科学院成都生物研究所、深圳华大基因研究院、华大科技、中国农科院作物所等在内的众多研究单位,于2012年正式启动了青稞基因组研究合作项目。2015年1月12日,全球首个青稞基因组图谱正式绘制成功,其研究成果在线发表在PANS(http://www.pnas.org/content/early/2015/01/09/1423628112)杂志上。该研究对西藏青稞地方古老品种“拉萨钩芒”(Lasa Garma-guri )进行了全基因组测序及图谱绘制,获得了大小为3.89Gb的基因图谱,共包含36,151个蛋白编码基因。这是继小麦基因组(A,D),大麦基因组物理图,国际小麦家族基因组研究工作的又一个里程碑式的进步,给未来麦类作物的改良以及其他高原作物的研究工作提供了宝贵的参考资料。

研究采用全基因组鸟枪法测序,对西藏的地方品种古老的青稞“拉萨钩芒”(Lasa Garma-guri )进行了全方位解读。据估计,青稞基因组大小约为4.5Gb,本次研究所构建的青稞基因组图谱大小为3.89Gb,共占青稞基因组的87%,包含了39,197个蛋白编码基因。随后,研究人员将青稞基因组和其他的禾本科作物基因组进行了比对,结果发现青稞约于1700万年前从粗山羊草(小麦D),乌拉尔图小麦(小麦A)以及冬小麦中分离出来。研究人员进一步分析发现,现代青稞基因组中仍然有大量的序列同粗山羊草(小麦D),乌拉尔图小麦(小麦A)和短柄二叶草相似,其相似基因家庭数目高达18,849个。

通过对10株野生和栽培青稞品种重测序,研究人员发现,野生青稞品种的SNP数目是栽培青稞的2倍,这说明人工选育过程给青稞品种带来了基因瓶颈。而对于人们最感兴趣的,青稞的高原适应性机制问题,研究人员也做了专门的研究,并发现了一系列在青稞品种中发生了正向选择的基因家族。如,调节转录过程的基因家族,激活转录因子的基因家庭,防御反应相关的基因家庭等都得到了大量的扩张,这些基因家族的扩张使得青稞在面对高原的恶劣环境时具有更大的调节弹性,从而具有更好的适应性。此外,研究人员还观察到,一些调节信号通路的关键基因,如参与植物荷尔蒙信号传导,基因复制和修复,植物病菌反应等,都在青稞中表现出了正向选择。这些基因改变使得青稞具有更好的高原适应性和压力调节机制。这些结果的发现对于解读高原作物的适应性机制意义重大,给未来青稞作物以及其他高原作物的培育提供了重要的参考资料,将有助于解决青藏高原以及其他高原地区人民的粮食问题,改善他们的生活条件。

西藏自治区农牧科学院青稞基因组项目负责人,尼玛扎西副院长表示,青稞是青藏高原的特色物种,对环境的高度适应使其进化出不同于其他麦族生物的生物学特性,对青稞基因组的解读不但帮我们更好的解析了该物种的高原适应性的分子机制,并为后续的功能研究以及产量和品质的改良奠定了良好的基础。

关闭窗口
西藏自治区农牧科学院 © 2010-2016版权所有
地址:西藏自治区拉萨市金珠西路130号     邮编:850000
[藏ICP备05000682号]