首页 > 机构设置> 食用豆研究室

高质量基因组组装和泛基因组研究助力绿豆遗传本底解析及品种改良

【字体:

近期,我所食用豆研究团队组装了一个染色体级别的高质量绿豆参考基因组,构建了首个绿豆泛基因组和全基因组变异图谱,并首次利用高深度测序鉴定到的SNP和PAV对33个重要农艺性状进行全基因组关联分析,发掘出一系列与产量、品质、抗性等性状相关的重要候选位点。2022年6月26日,该成果在线发表在《植物通讯(Plant Communications)》杂志上(JCR Q1区,影响因子8.625)。

绿豆(Vigna radiata (L.) R. Wilczek)是我国重要的杂粮作物之一,具有抗旱、耐贫瘠和固氮能力,同时也是碳水化合物和优质蛋白质以及叶酸和铁等微量元素的重要来源。相对于大豆、菜豆等豆科作物而言,绿豆的基因组研究比较落后,这严重限制了绿豆分子育种的进展。该研究首先利用Pacbio三代测序结合二代测序数据和Hi-C数据对该团队选育的绿豆优良栽培品种“冀绿7号”(Vrad_JL7)进行基因组从头组装,组装序列大小 475.19 Mb,约占估计基因组大小的99.13%,98.72%的序列能挂载到11条假染色体上。该参考基因组的发布为绿豆遗传本底解析和重要性状基因克隆奠定了基础。

该研究首次对217份绿豆核心种质进行全基因组重测序,使用"Map-to-pan"策略构建了首个绿豆泛基因组,其大小约763Mb,共鉴定出43462个预测基因。该泛基因组的构建有利于找回绿豆育种中丢失的遗传力,全面鉴定参与重要生物过程的基因,为解析复杂性状的遗传机制提供新的思路。

此外,该研究还调查了217份材料的33个重要农艺性状在6个环境下的表型,基于SNP的GWAS分析,鉴定出2912个显著关联信号(STAs)。除SNP GWAS外,基于gene PAV的关联研究还鉴定到391个与STAs具有较高一致性的PAV显著关联事件(GPTAs)。深入解读这些关联信息,有助于锁定重要性状的关键控制基因,促进绿豆分子标记辅助育种和全基因组选择育种。

打赢种质资源翻身仗,需要不断提升我国农业科技水平,使农业生物技术引领新一轮农业科技变革。该研究成果使我国绿豆相关研究处在了世界引领地位,将有力促进以国家重大需求为导向的绿豆优异基因挖掘和突破性新品种培育。

国家重点研发计划(2019YFD1000700/2019YFD1000702)和国家食用豆产业技术体系(CARS-08-G3)、河北省杂粮杂豆种业科技创新团队(21326305D)等项目为该研究提供了经费支持。

图1绿豆基因组组装与比较基因组_副本.jpg图1绿豆基因组组装与比较基因组

图2 绿豆全基因组变异图谱及群体遗传研究_副本.jpg图2 绿豆全基因组变异图谱及群体遗传研究

图3绿豆泛基因组构建_副本.jpg

图3绿豆泛基因组构建

图4 基于SNP和gene PAV的GWAS概览_副本.jpg图4 基于SNP和gene PAV的GWAS概览