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2022年6月2日,福建農林大學海峽聯合研究院基因組中心張積森教授團隊研究成果”Genomic insights into the recent chromosome reduction of autopolyploid sugarcane?Saccharum spontaneum“在線刊登Nature Genetics!該研究基于高準確性的HiFi測序模式與Hi-C技術完成了割手密天然同源四倍體Np-X基因組的破譯,并結合自然種質材料解析了割手密起源、染色體基數變化與演化、關鍵性狀相關基因進化等重要機制,為加速甘蔗改良提供了新的方向。百邁客有幸參與本項研究,完成其中HiFi、Hi-C測序等工作。同時,這也是百邁客繼2018年助力該團隊解析甘蔗基因組(Zhang J?et al.,Nat Genet. 2018)后的再次合作。百邁客十年如一的高品質服務,為廣大科研工作保駕護航。

此次論文的發表引起了學術界和媒體界的高度關注,將進一步奠定我國在甘蔗基礎研究領域的領先學術地位。百邁客作為合作參與方及測序技術服務企業,為了加強學術的交流以及促進科研成果更廣泛的傳播,本次聯合植物科學最前言特邀請到福建農林大學基因組中心張積森教授一起解析甘蔗基因組的奧秘!歡迎各位專家學者報名參加本次學術直播交流會!

論文亮點

甘蔗屬是具有重要經濟價值的作物,但其遺傳背景極其復雜,限制了甘蔗的進一步育種改良。具有廣泛分布的甘蔗細莖野生種割手密(S. spontaneum)為現代栽培種甘蔗貢獻了抗逆、分蘗等優良性狀,實現了甘蔗的育種史上最大的突破。割手密倍性和染色體基數的廣泛變異是甘蔗育種最為重要的種質資源,為研究植物同源多倍體基因組的進化提供了一個良好的模型。如何將天然同源四倍體的四套同源基因組完整組裝?不同倍性與染色體基數如何演化?這都是甘蔗基因組研究最為有趣和重要的地方也是最難以攻破之處。本次研究在構建高質量基因組的基礎上進一步解析了甘蔗復雜的演化之路:(1)本次研究完成了割手密 Np-X(2n=4x=40)高質量同源多倍體基因組測序,完整的組裝了10組同源染色體的共40條染色體基因組。(2)Saccharum中的一對古復制染色體NpChr5和NpChr8經歷了分裂,隨后融合并伴隨著著絲粒分裂。重組時帶有著絲粒結構的染色體片段融合入另外一條完整的染色體,導致x = 8中出現“雙著絲?!爆F象。(3)甘蔗分別在6.4 Mya和4.0 Mya時與高粱和芒草發生分化。在甘蔗中,割手密與S. officinarum在~1.6 Mya發生分化,兩個割手密材料Np-X(x=10)和AP85-441(x=8)在~0.8 Mya分化,表明AP85-441中的染色體減少是最近發生的。比較基因組結合轉錄組共同解析兩個甘蔗種“近期”獨立分化的且與糖分代謝、生物量、光合等相關的基因,為甘蔗的分子輔助育種提供重要的理論指導。(4)研究推斷Np-X(x=10)最有可能代表祖先的核型,核型x=9和x=8可能是以逐步方式進化而來。割手密起源于印度北部的一個x=10的祖先,然后傳播到印度次大陸、中國和東南亞的四個主要群體。在染色體減少過程中,基因組中受自然選擇區可能參與多糖代謝和脅迫耐受過程。

團隊介紹

福建農林大學海峽聯合研究院基因組中心張積森課題組博士生張清(目前中國農科院深圳農業基因組研究所工作)、齊浥穎、碩士生潘浩然和基因組中心唐海寶教授為論文共同第一作者,基因組中心張積森教授為通訊作者。張積森教授團隊長期從事以甘蔗基因組學與分子育種研究,該成果是基因組中心團隊在甘蔗領域發表的第2篇Nature Genetics論文,作為近60年以來發表研究刊物最高的甘蔗論文,該研究將進一步奠定我國在甘蔗基礎研究領域的領先學術地位。

張積森 教授

主要從事以甘蔗為主的熱帶、亞熱帶作物基因組及其生物學性狀研究,特別對甘蔗的基因組學及其重要性狀的分子生物學進行了有系統的研究。先后國家重點研發項目課題(甘蔗)、主持863子課題、國家重點研發項目子任務、國家自然基金、福建省重大專項課題等研究項目20項;參與國家自然科學基金項目和農業部項目等項目10項。在Cell, Nature Genetics, PNAS, Genome Research,Genome biology,Current Opinion in Plant Biology,Plant Biotechnology Journal,Plant Cell & Environment,Journal of Experimental Botany等刊物上發表各類文章110多篇,其中SCI收錄論文74篇。共同主編教材1部,副主編教材兩部。2004年以來一直從事甘蔗生物學研究,近十年帶領團隊以甘蔗分子育種為目標,取得一定的學術成績:1)國際上首次完成了甘蔗屬核心材料的全基因組圖譜,引領甘蔗研究進入后基因組時代。2)取得甘蔗原始種種質資源演化和遺傳學領域突破性進展,回答了甘蔗研究領域的兩個基礎科學問題。3)系統鑒定了原始種種間糖分、光合等生物學性狀相關的差異關鍵基因。主要研究結果2次發表在《自然遺傳學》(Nature Genetics)雜志(2018,2022)。

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