新研究揭示現代大豆品種重要性狀結構變異

近日，《自然—遺傳學》（Nature Genetics）在線發表河北農業大學張彩英團隊研究論文。該研究率先組裝高產優質抗病現代品種“農大豆2號”高質量基因組，在基因組水平發掘現代大豆育成品種特有結構變異及其作用，并揭示影響黃淮海地區大豆群體重要產量和品質性狀的結構變異與基因，為大豆遺傳改良提供新的理論依據和基因組資源。

農大豆2號。河北農大供圖

大豆是重要的糧食和油料作物，提供人類50%以上食用油和25%以上植物蛋白。高質量的參考基因組對作物性狀遺傳基礎解析以及分子遺傳改良意義重大。盡管目前已進入現代分子育種階段，然而，人們對大豆現代育成品種的基因組信息以及現代育種過程中的基因組變異仍缺乏深入了解，這嚴重影響了大豆現代生物育種改良。基因組結構變異是物種進化的重要驅動力，能捕獲到更加完整的遺傳變異信息。當探究表型變異背后的遺傳多樣性機制時，結構變異是必須要考慮的因素。然而結構變異在大豆重要性狀遺傳改良中的作用尚不清楚。

該研究首次組裝了現代品種農大豆2號高質量基因組，預測到58899個蛋白編碼基因（PCG），其中98.73%的PCG被驗證，56958個具有功能注釋；鑒定到1404個現代大豆育成品種新基因，48個位于已發表大豆基因組的Gap區，17個新基因被轉錄組數據或已知功能數據庫驗證，隨機選取的8個新基因被PCR和Sanger一代測序驗證。

大豆種植實驗田。河北農大供圖

該研究還挖掘出上萬個基于現代大豆品種基因組結構變異，發現一批影響基因表達的新變異。為有效利用現代大豆育成品種基因組變異，研究者將農大豆2號與29個已公布大豆品種基因組構建圖形化泛基因組，鑒定到47058個結構變異，包括37304個插入/缺失、3071個倒位和6683個易位，篩選到25814個可能影響基因表達的新變異；挖掘出13個現代大豆育成品種農大豆2號特有結構變異，其中7個影響株高、單株莢數、百粒重等產量性狀以及籽粒蛋白質、油分、異黃酮等品質性狀。

河北農業大學研究員張彩英，博士邵振啟、孔佑賓，副教授杜匯、李文龍、楊占武，以及北京諾禾致源生物科技公司李祥孔為該論文的共同第一作者。張彩英、河北農業大學教授李喜煥、馬峙英以及北京諾禾致源生物科技公司研究員田仕林為該論文的通訊作者。該研究得到河北省現代農業科技獎勵后補助資金項目以及河北省科技計劃項目資助。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41588-024-01901-9