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中國(guó)農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀單位,開(kāi)發(fā)出進(jìn)化透鏡來(lái)發(fā)現(xiàn)馬鈴薯進(jìn)化約束及有害突變,繪制了首個(gè)馬鈴薯有害突變二維圖譜,使馬鈴薯產(chǎn)量預(yù)測(cè)達(dá)到前所未有的準(zhǔn)確度,加速了雜交馬鈴薯育種進(jìn)程,標(biāo)志著我國(guó)在馬鈴薯育種理論和技術(shù)上站在了世界領(lǐng)先地位。
北京時(shí)間5月4日,國(guó)際權(quán)威期刊《細(xì)胞(Cell)》在線發(fā)表了這一最新研究成果。
馬鈴薯是最重要的塊莖類(lèi)糧食作物,也是我國(guó)第四大主糧作物。然而,由于傳統(tǒng)栽培馬鈴薯是同源四倍體,基因組復(fù)雜,導(dǎo)致育種進(jìn)程十分緩慢。
為解決上述難題,黃三文團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外優(yōu)勢(shì)單位進(jìn)行研究,旨在用二倍體馬鈴薯替代四倍體、用種子繁殖替代薯塊繁殖、用基因組學(xué)和合成生物學(xué)指導(dǎo)馬鈴薯育種,徹底變革馬鈴薯的育種繁殖方式。
黃三文團(tuán)隊(duì)先后解析了馬鈴薯單倍體、二倍體及四倍體基因組和泛基因組,打破了自交不親和,初步解析了自交衰退的遺傳基礎(chǔ),通過(guò)清除大效應(yīng)有害突變,培育出第一代自交系材料及雜交種。
為此,研究人員收集大量茄科物種資源,完成了38份茄科基因組組裝,獲得95份茄科材料、5份旋花科材料(共92個(gè)物種,100份材料)基因組信息,完成了茄科基因組組裝和組學(xué)進(jìn)化分析。這些材料最長(zhǎng)進(jìn)化時(shí)間為8000萬(wàn)年,累計(jì)十二億年的進(jìn)化時(shí)間。研究人員通過(guò)追蹤這段進(jìn)化歷史的突變積累及選擇結(jié)果,開(kāi)發(fā)進(jìn)化透鏡,從全基因組層面鑒定進(jìn)化約束位點(diǎn)及其進(jìn)化保守值,并將突變位點(diǎn)的進(jìn)化保守值作為有害程度值,繪制了首個(gè)包含基因型維度及有害程度維度的馬鈴薯有害突變二維圖譜,為鑒定馬鈴薯功能位點(diǎn)及剔除有害突變提供了新依據(jù)。
研究人員還發(fā)現(xiàn)有害突變總值與產(chǎn)量、株高、薯塊等性狀顯著相關(guān),首次將有害突變信息整合到全基因組預(yù)測(cè)新模型來(lái)預(yù)測(cè)馬鈴薯產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀。相比缺少有害突變信息模型,預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度提高了45%,相比隨機(jī)有害突變信息模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度提高了25%,在馬鈴薯中達(dá)到了前所未有的準(zhǔn)確度。該模型能夠根據(jù)基因型及有害突變信息準(zhǔn)確估計(jì)育種值,更好地幫助育種家制定早期育種決策,進(jìn)一步降低育種成本、縮短馬鈴薯育種周期、快速培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)馬鈴薯品種。?
中國(guó)科學(xué)院院士李家洋表示,這一研究成果不僅對(duì)馬鈴薯,還將會(huì)對(duì)糧、油、果、蔬、茶等都有重要的指導(dǎo)作用。
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