“重測序”尋找高粱遺傳變異助力糧食作物育種改良

　　2013年8月28日，來自澳大利亞昆士蘭大學、深圳華大基因研究院等單位的科研人員對一重要糧食飼料作物--高粱進行了全基因組測序及分析。該研究比較了44個高粱品種的基因組序列，發現高粱基因組中存在大量的遺傳變異，為今后高粱及其它糧食作物的育種改良提供了寶貴的遺傳資源，同時也為解決全球日益嚴峻的糧食問題奠定了重要的科研基礎。最新研究結果于《自然?通訊》(Nature Communications)雜志上發表。

　　氣候變化，環境惡化，人口增長等都滋生了一系列嚴重的生態和社會問題，如何在保護環境的前提下，提高糧食產量和發展新型清潔型能源是擺在全球科學家們面前的一道難題。原產自非洲地區的高粱，具有耐熱、耐旱和高產的特征。據統計，全世界每年約有5億人口以高粱為主食。除了作為糧食作物之外，高粱也是一種主要飼料來源及高價值潛在生物能源作物，因此對高粱基因組進行研究，不僅可以為了解草本及C4植物光合作用的進化機制提供線索，還可為進一步提高高粱產量和作物改良作出積極貢獻。

　　在本研究中，來自中澳兩國的科學家通過對44株不同來源的高粱樣本，包括地方品種(Landraces)，改良品種(Improved inbreds)和野生&雜草材料(Wild和weedy)，進行了全基因組重測序及分析，并首次對擬高粱(Sorghum Propinquum)進行了全基因組測序。研究發現，高粱(S. bicolor)與擬高粱都存在豐富的遺傳多樣性。通過比較分析，科研人員還發現不同的高粱品種在基因組中存在著強烈的種群結構差異和復雜的馴化歷程，包括至少發生過兩次獨立的馴化事件，并證實了來自非洲西部的Guinea-margaritiferums基因組與其它栽培高粱品種之間確實存在顯著差異。

　　研究人員對8M高質量的單核苷酸多態性(SNP)進行了鑒定分析，發現約83%的SNP分布在基因間區，而編碼區則相對較為保守，含有較少的SNP 位點。野生&雜草材料的SNP數量顯著高于地方品種和改良品種，這說明遺傳多樣性在高粱馴化和改良的過程中存在下降的趨勢，進一步研究還鑒定了基因組中與馴化和改良相關的基因。同時，研究人員還在高粱基因組中鑒定了1.9M的插入和缺失變異(Indel)。GO-SLIM基因功能注釋發現，這些突變位點主要與細胞組分(Cellular component)基因相關，例如與馴化相關的基因Rc(果皮顏色相關基因)和su1(淀粉合成相關基因)。此外，在高粱基因組中還發現了大量的拷貝數變異(CNV)，基因缺失和獲得事件(Gene loss and gain events)。這些遺傳變異的發現為高粱的改良和馴化提供了重要的科研依據。

　　華大基因該項目負責人太帥帥指出："作物的馴化和改良一直是育種學家和遺傳學家的主攻課題，本研究對44株高粱品種進行測序分析，發現了一系列的變異位點，為高粱的遺傳多樣性研究以及育種改良提供了寶貴的遺傳資源。同時，這也是華大基因繼水稻基因組、大豆基因組和玉米基因組之后的又一個重大科研突破。"