科學家構建鷹嘴豆屬超級泛基因組

鷹嘴豆是世界第三大豆類作物，具有重要的經濟價值和營養價值，其固氮能力能改善土壤肥力，具有獨特的生態價值。但鷹嘴豆的遺傳背景相對狹窄、抵抗生物或非生物脅迫的能力不足，限制了它的育種改良。

5月29日，華大生命科學研究院聯合國際半干旱熱帶作物研究中心、西澳大學、莫道克大學等單位的研究成果發表于《自然—遺傳學》。研究團隊成功組裝了8個一年生鷹嘴豆屬野生種的基因組，并結合已發表的2個鷹嘴豆基因組，構建了超級泛基因組，為鷹嘴豆育種提供了重要數據資源和方向。

研究組裝的8個高質量野生種基因組，大小從435兆到895兆不等、基因數從23486到29642不等。研究分析發現可能存在古老的重排事件，且鷹嘴豆屬具有3個重要的基因池，并推斷了基因池之間的分歧時間。

該研究揭示，鷹嘴豆屬超級泛基因組由24827個基因家族組成。其中，14748個基因家族為核心基因，它們存在于鷹嘴豆屬的所有物種，主要參與生長、DNA修復、細胞通信等基本生物功能；6212個基因家族為可變基因，它們存在于鷹嘴豆屬的2至8個物種中，主要參與防御響應、生長素響應、生物刺激響應等生物功能。

此外，研究還鑒定出鷹嘴豆屬內存在的2944萬個單核苷酸多態性、633萬個小插入缺失和491937個結構變異。通過將鑒定出的結構變異整合到參考基因組中，挖掘了477個鷹嘴豆屬個體中的變異多樣性，發現這些變異在開花時間和抗病性等重要性狀中可能扮演著重要角色，其中，678個結構變異與200個與開花相關的基因重疊、1667個結構變異與556個抗病基因重疊。

論文第一作者、國際半干旱熱帶作物研究中心高級科學家阿米爾·汗認為：“我們將野生近緣種這一非常重要的資源納入，可以在更廣泛的基因多樣性基礎上，挖掘農藝學性狀相關的重要基因，有望推動鷹嘴豆品種的進一步遺傳育種改良。”

“我們發現，近緣野生種具有更多的遺傳多樣性和變異，可能有助于改善鷹嘴豆的抗病性、開花時間和抗逆性等性狀。”該研究項目負責人、澳大利亞莫道克大學國家農業生物技術中心主任拉吉夫·瓦爾什尼說道。

文章通訊作者、華大生命科學研究院研究員劉心表示：“一系列基因組學研究將推動鷹嘴豆的育種改良，同時為其他作物的改良、應對氣候變化和糧食安全解決提供解決方案。”

相關論文信息：https://www.nature.com/articles/s41588-024-01760-4