荣廷昭院士团队对玉米近缘属的薏苡基因组研究取得重要进展

2019-11-26 09:55:30作者:玉米研究所 来源:玉米研究所 点击数:

  

11月25日,国际著名学术杂志Molecular Plant(IF=10.81)在线发表了薏苡全基因组草图及其种壳驯化的论文,该杂志在植物科学领域研究类期刊中仅次于Nature Plants,排名第二。本研究由我校荣廷昭院士团队联合中国中医科学院黄璐琦院士团队、中国农业科学院烟草研究所、和聊城大学共同完成。该研究建立了薏苡基因组信息平台,为禾本科植物的进化和分类补充了新证据,更为作物关键驯化性状的研究提供了新思路,必将加速传统中药的现代化应用和食、药、饲专用薏苡新品种选育。

薏苡俗称药玉米、薏仁米、草珠子等,是玉米的近缘属,在上古农业时期发挥了重要的作用,其形成的薏苡文化远早于稻、粟文化,对夏、夷乃至更早的中华文明产生了深远的影响。薏仁米为一种药食同源的传统小杂粮,其茎叶也是优异的饲草,由我校选育的两个饲用薏苡品种“大黑山”和“丰牧88”已在我国西南地区较大面积推广,并受到了广泛关注。近年,随着人们对薏苡健康价值的重新认可,需求激增,而国内品种退化严重。野生薏苡是改良栽培薏苡的优良基因库,但其种子包裹于又厚又硬的石壳之中,休眠性强,无法规模种植和机械去壳,这与栽培薏苡的薄脆纸壳形成了鲜明的对比。石壳是野生薏苡利用的瓶颈,其向纸壳的转变亦是薏苡驯化的最关键一步。然而受基因组信息匮乏和遗传图谱质量低等因素的制约,种壳驯化等关键性状的遗传学研究难以深入,品种改良缓慢。

本研究绘制了“大黑山”薏苡的全基因组草图,从基因组水平上证明薏苡和高粱的亲缘关系比玉米更近。同时,研究人员通过巧妙地测定种壳破碎所能承受的最大压力(SHPR),对该性状进行了精细定位,证实纸壳由Ccph1Ccph2两个基因协同调控。进一步研究表明,Ccph1控制种壳厚度,种壳变薄是由厚壁细胞减小和维管束减少所致;Ccph2控制种壳颜色,白色种壳积累了更多的矿质元素,使得种壳变脆。据悉,该研究工作量巨大,近17万个PCR用于遗传图谱构建,1.5万个单株用于精细定位,目前这两个基因已克隆到,并正在验证功能。

我校周树峰副研究员和黄璐琦院士为论文共同通讯作者,荣廷昭院士2017级博士生郭超、中国中医科学院王雅南博士、中国农科院烟草所杨爱国研究员和玉米研究所客座人员贺俊博士为论文共同第一作者。玉米所和西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室(筹)为共同署名单位。该项研究得到了中央本级重大增减支项目、973项目和国家自然科学基金等项目的支持。

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1674205219303727


图1用于测序的“大黑山薏苡


图2构建遗传图谱用过的部分PCR板


图3大黑山(DHS)的石壳和小白壳(XBK)的纸壳


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