大豆基因組重測序表明:野生大豆遺傳多樣性更高

　　“中原有菽，庶民采之。”五千年前，華夏始祖將野生大豆馴化，變成今天的“五谷”之一。而今，一項被稱為“大豆回家”的基因組研究計劃在其故鄉中國取得突破。

　　11月15日，由香港中文大學、華大基因研究院、農業部基因組重點實驗室、中國農業科學院等單位合作完成的《31個大豆基因組重測序揭示遺傳多樣性和進化選擇模式》在線發表，并將作為封面故事刊登于下期的《自然—遺傳學》雜志。

　　這項研究主要由港深兩地科學家合作完成，并在世界上首次對野生大豆和栽培大豆全基因組進行了大規模遺傳多態性分析。

　　“重測序”開啟大豆差異化魔盒

　　“這是世界上首次大規模獲得野生和栽培大豆群體基因組數據。”文章共同第一作者之一、華大基因研發部門副總裁徐訊博士告訴記者。

　　據了解，研究人員運用新一代測序技術對17株野生大豆和14株栽培大豆進行了全基因組重測序，總共發現了630多萬個SNP（單核苷酸多態性位點），建立了高密度的分子標記圖譜。

　　SNP是指基因序列中單個堿基的不同。倘若把大豆看做是一部印滿“文字”的書籍，那上述的31株品種就可以看做是該書的不同版本，而SNP則像每個版本書中個別“文字”的差異。

　　這種差異通常不會造成“歧義”，但有時候，一“字”之差就讓不同版本的書籍意義相左。在大豆中，大約1000多個“文字”中就存在1個“文字”的差異。這些SNP細小的差別，就可能導致某品系的大豆與眾不同，或產量高于同類，或產量嚴重不足。

　　為了打開SNP的“潘多拉魔盒”，目前普遍使用“重測序”的方法。該方法是指通過核酸測序儀，對已知基因序列的基因組再進行一次測定，并對單個或者多個品種進行分析，得到SNP、PAV（獲得和缺失變異）等遺傳信息的技術。

　　當前，隨著測序成本的降低，“重測序”已經成為動植物育種研究中便捷而有效的方法。而今年1月份，第一張豆科植物完整基因組序列圖譜的公布，使得大豆“重測序”成為可能。

　　在“重測序”基礎上，華大基因研究院的研究人員通過自主研發的SOAP denovo軟件，分別對野生大豆和栽培大豆的測序數據進行組裝拼接，除得到大量SNP外，還發現了栽培大豆獲得或丟失的野生大豆基因。

　　“大量的野生大豆和栽培大豆的基因差異揭示了大豆基因組在馴化過程中發生變化的機制，使重新找回人為耕種選育中流失的優秀基因成為可能。”文章另一位共同第一作者、香港中文大學教授林漢明博士強調。

　　林漢明等還發現，大豆基因組與其他作物植物有所不同，其在較高程度的基因連鎖現象、重組交換頻率極低。因此，分子標記育種可能會比基因圖位克隆擁有更多優勢。

　　“尋找對產量和抗逆緊密連鎖的SNP是我們下一步研究的重點。另外，我相信，國內其他大豆專家也會利用我們的數據對手中的大豆材料作進一步研究。”林漢明談了未來的想法。

　　聚焦野生大豆種質資源

　　該研究還得出一個重要結論，即與栽培大豆相比，野生大豆擁有更高水平的遺傳多樣性。這表明人類的耕種篩選很有可能導致栽培大豆生物多樣性的狹窄，對可持續種植帶來負面影響。

　　此外，隨著生存環境的減少，野生大豆有效群體在減少，它提示中國急需保育野生大豆種質資源。

　　據了解，野生大豆在世界上分布非常狹窄，僅限于東亞的非干旱溫帶地區，包括中國、日本、朝鮮半島、俄羅斯的遠東地區、庫頁島、千島等。而我國除新疆、青海、海南三省外，均有野生大豆的身影，目前收集的野生大豆種質6000余份，占世界總量的90%以上，是名副其實的野生大豆的家鄉。

　　正因如此，國外想方設法獲得我國野生大豆資源。截至2002年6月30日，美國從中國引進的大豆種質資源達6000多份，并從我國的野生大豆資源中鑒定出帶有高產基因的標記，在全球101個國家申請ZL。

　　野生種質資源極其珍貴。“水稻之父”袁隆平也曾多次表示，如果沒有野生稻資源，要在水稻優良品種培育上有大的突破非常困難。

　　野生大豆為何如此寶貴？面對記者的疑問，徐訊說：“部分野生大豆具有較強的環境適應能力，在澇洼、鹽堿、干旱、瘠薄土壤都能生長。此外，野生大豆還有一些其他優良性狀，如抗蟲害、氨基酸種類豐富等。如果利用這些野生大豆和現有大豆雜交，將可能培育出抗病蟲害能力強、產量高、品質好的新品種。”

　　然而，當前我國栽培大豆育種工作存在的主要問題卻恰恰是種質資源的貧乏。在已經育成品種中，也存在著血緣關系近、性狀單一等弱點。

　　這不得不歸咎于野生大豆有效群體不斷地減少。據了解，我國乃至世界的野生大豆資源均面臨危險處境。

　　今年9月，河南省周口市沈丘站附近發現200多畝瀕危野生大豆，引起農業科學家的極大關注。然而，這片生長在寧洛高速公路旁的野生大豆得以保存，竟是因為該地沒有農業生產，野生大豆出苗后未遭人為因素破壞。

　　林漢明等從基因水平的大規模分析得出的結論更是為我們敲響了警鐘。當前，從國家戰略高度保護野生大豆種質資源已時不我待。

　　大豆故鄉話合作

　　中國是大豆的故鄉，并曾一直是世界大豆最大的生產國和出口國。然而自上世紀50年代起，美國大豆后來居上，種植面積、產量已升至世界首位。2005年，我國大豆總產量不足世界總份額的10%，單產不及美國的70%。

　　更為嚴峻的是，我國大豆生產總量只能滿足國人需求的1/3。目前，中國業已成為全球最大的大豆進口國，約占全球總出口量的一半，不得不受制于人、看人臉色。

　　同時，中國大豆在科研和生產方面與發達國家的差距明顯。雖然我國同樣擁有許多優秀的大豆育種專家和科研人員，但在國際高水平期刊發表的大豆研究文章卻主要在海外完成。

　　“這項研究由中國科研人員在中國本土完成，我在感情上是很愉快的。”林漢明很滿足。

　　據了解，2009年，在香港中文大學農業生物技術國家重點實驗室主任、中國工程院院士辛世文的支持下，林漢明研究組與深圳華大基因研究所合作開展大規模的大豆基因組“重測序”工作，希望中國人自己在大豆的故鄉完成這項重要計劃。

　　林漢明1997年1月從國外回香港中文大學工作，通過合作與交流，他逐步認識到大豆對于中國的特殊意義。此次香港中文大學與深圳華大基因研究院攜手，打破了地域及文化差異的界限，終于由國人在自己的土地上對大豆基因組研究作出了重要貢獻。

　　這項貢獻雖然可以世界共享，但對中國大豆研究更具幫助。據了解，基因組的數據需要配合遺傳群體的性狀才能發揮最大效益。由于該項目中的種質資源并未公布，因此，中國專家比海外專家能更有效地利用研究數據。

　　大豆將真正回家。