全世界的谷子均来自中国!
这是中国农业科学院作物科学研究所近日在国际期刊《自然·遗传学》杂志上刊登的研究论文的研究成果。这篇论文破解了谷子高质量图基因组,真正证明了全世界的谷子都来自中国。
01谷子的首个高质量图基因组
一万多年前,祖先们以什么为主食?
是谷子,也就是小米。
谷子隶属禾本科狗尾草属,起源于中国的古老作物,养育了一代又一代中国人。时至今日,它仍然是大家喜爱的主食之一。
作为谷子的起源地,我国拥有全世界最多的谷子资源。研究人员将谷子分为谷子野生中国、农家品种和现代育成品种三大类,深入探究三类谷子的亚群分类和地理分布及其演化的可能过程,在遗传学层面确定了全世界的谷子都起源于一处,那就是中国。
研究团队耗时10年,收集了1844份谷子及其野生种青狗尾草的核心种质资源并进行深入分析,以1084个重要性状相关位点和基因,绘制出谷子首个高质量图基因组。
为什么要去做这份工作呢?仅仅是为了证明谷子起源吗?
并非如此,这项耗时耗力的大工程无法依靠一时兴起就去完成,而是随着技术的进步,长时间的积累,将育种和生产结合起来,才顺其自然获得了这项研究成果。国家谷子高粱产业技术体系的科学家们想要完全了解这个作物,以便更好地培育出想要的优良品种,让谷子在粮食系统中更好地发挥其作用。
正是如此,谷子才被绘制出了高质量图基因组,这份基因组清晰、详细、全面地记录了谷子的基因组信息。
02破解天书
这份高质量图基因组如同天书,难以理解。为了破解这份难题,研究团队又制作了110个谷子和狗尾草高质量基因组,绘制出首个狗尾草属基因组变异图谱,构建出首个杂粮和碳四(C4)作物高质量图基因组,系统地解析了谷子驯化和改良过程中的基因组变异。
据研究人员介绍,在狗尾草被驯化成谷子之前,还有一个十分古老的亚群C3,这个亚群拥有广阔的地理分布,极强的环境适宜,有助于未来谷子环境适宜性改良。
谷子是如何从狗尾草被驯化为春、夏谷子的呢?
研究人员鉴定总结出了4582个和谷子驯化有关的结构变异、152个和谷子育种改良相关的结构变异,还找到了680个在驯化改良中持续被选择的结构变异相关基因,它们大部分与生殖、光周期、色素及氮利用等代谢途径有关。
031+1>2
这份耗时耗力的基因组绘制及相关研究完成后,研究团队还做了大量表型鉴定。通过调查株高、穗长、分蘖数、穗粒重等常见性状,以及落粒性、米色、籽粒的品质性状等,做出了一份含有68个性状、226组表型数据的表型组。
高质量图基因组和表型组相互结合,就能发挥1+1>2的作用。
借助基因和信息,可以建立一个分子育种模块。通过基因型、表型相互估算以及靠基因型估算表型,实现全基因组选择育种。
有了这样一个庞大的数据库,我们就能够清晰地知道每个性状的最优秀基因是哪个,把最好的基因汇聚在一起,就能够为未来的育种提供更多更完美的选择。
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