2019-12-17 09:55:06 黃琳凱 劉芳
黃琳凱 劉芳
為了培育自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)牧草品種，促進(jìn)民族種業(yè)發(fā)展，提高牧草養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)利用從全國(guó)畜牧總站國(guó)家草種質(zhì)資源庫(kù)申請(qǐng)的50份資源和從野外采集的二倍體、四倍體野生鴨茅種質(zhì)資源，經(jīng)過20余年不斷試驗(yàn)，采用測(cè)序新技術(shù)，融合生物信息學(xué)，完成了鴨茅全基因組測(cè)序工作。這是我國(guó)首次在牧草領(lǐng)域完成的第一個(gè)基因組測(cè)序，目前世界上僅有三葉草和黑麥草完成測(cè)序。
鴨茅是世界著名的優(yōu)良牧草之一，原產(chǎn)自歐洲、北非及亞洲溫帶地區(qū)，在全世界溫帶地區(qū)均有分布。我國(guó)鴨茅野生種多分布于新疆天山山脈的森林邊緣地帶及四川峨眉山、二郎山、邛崍山脈等海拔1600-3100米的森林邊緣地帶及山坡草地，并散見于大興安嶺東南坡地。鴨茅具有葉量豐富、耐蔭性強(qiáng)、草質(zhì)柔嫩、適口性好、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高等特點(diǎn)，可用于青飼、青貯或調(diào)制干草。因其適應(yīng)能力強(qiáng)，抗旱、耐瘠薄，所以在邊際土地及石漠化深度貧困區(qū)草牧業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。
鴨茅是優(yōu)良的牧草，但在我國(guó)亞熱帶高溫高濕地區(qū)種植還存在越夏率低和易感銹病等問題。用傳統(tǒng)育種方法改良鴨茅產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性等特性，培育一個(gè)新品種大概需要15年的時(shí)間。而借助分子育種新技術(shù)，利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)（MAS）和基因編輯技術(shù)可大大加快植物育種進(jìn)程，育種周期縮短為8-10年。但分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)和基因編輯技術(shù)都需要該物種基因組信息庫(kù)作為支撐才能實(shí)現(xiàn)。由于之前鴨茅還沒有基因組信息，嚴(yán)重制約了鴨茅分子育種的發(fā)展，因此構(gòu)建鴨茅基因組序列，可挖掘鴨茅優(yōu)良基因資源和加快新品種培育等工作。
為解決鴨茅基因組信息缺乏這一問題，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草育種課題組，在張新全教授帶領(lǐng)下，自2000年開始此項(xiàng)研究工作。團(tuán)隊(duì)成員在全球范圍內(nèi)收集鴨茅資源，共收集了200余份二倍體、四倍體鴨茅材料。由于牧草基因組大、重復(fù)序列及雜合度都較高，這增加了牧草基因組序列構(gòu)建的難度，且我國(guó)尚未有牧草基因組的相關(guān)報(bào)道，全球范圍內(nèi)僅有三葉草和黑麥草基因組草圖的報(bào)道，無(wú)成功經(jīng)驗(yàn)可借鑒。課題組用了3年的時(shí)間，試圖利用二代測(cè)序的方法構(gòu)建基因組序列，結(jié)果都不令人滿意。面對(duì)困難和棘手的問題，科研團(tuán)隊(duì)沒有迷茫、放棄，在張新全、黃琳凱兩位教授的帶領(lǐng)下，組建了植物遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物信息學(xué)等多學(xué)科的攻關(guān)小組，經(jīng)過長(zhǎng)期不斷地試驗(yàn)，最終選取二倍體鴨茅為研究對(duì)象，采用測(cè)序新技術(shù)，融合生物信息學(xué)，構(gòu)建了一個(gè)質(zhì)量較好的鴨茅全基因組數(shù)據(jù)庫(kù)，其相關(guān)質(zhì)量指標(biāo)是黑麥草基因組的50倍以上。
鴨茅基因組包含了40088個(gè)基因，其中有1173個(gè)基因家族是鴨茅特有基因，這些特有基因大多和草類植物適應(yīng)能力強(qiáng)、抗旱耐寒相關(guān)。通過比較發(fā)現(xiàn)，鴨茅和小麥較為近緣。這些基因資源可用于近緣作物小麥抗寒、抗旱等品質(zhì)的遺傳改良技術(shù)中。
鴨茅全基因組的測(cè)序成功，為鴨茅分子育種提供了重要的基礎(chǔ)信息支撐，加快鴨茅分子育種進(jìn)程?；蚪M序列的成功開發(fā)為其他牧草基因組測(cè)序、分子育種工作提供了參考，將為選育出更多優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、適應(yīng)性強(qiáng)的牧草提供有力保障，對(duì)加速我國(guó)牧草基因資源挖掘工作具有借鑒意義。
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