image: Gmax_ZH13和Glycine_max_v2.0的基因组比较分析。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
大豆是重要的粮食经济作物，为人类提供主要的油料和蛋白资源。近日，中国科学家发布了国审大豆品种“中黄13”的高质量基因组序列及其注释信息，为大豆基础研究提供了非常重要的资源。
该研究由中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜课题组联合中国科学技术大学马世嵩课题组、江苏省农业科学院种质资源与生物技术研究所杜建厂课题组和北京贝瑞和康生物技术有限公司完成，于2018年7月27日以封面文章形式在线发表于《中国科学：生命科学》英文版，题目为“De novo assembly of a Chinese soybean genome“。
大豆起源于中国，古称“菽”，约在5000年前左右由其野生种驯化而来，随后广泛传播于世界各地。大豆在从中国向世界各地的引种和改良过程中产生了遗传瓶颈效应，使得来自不同主产区的大豆品种间具有明显的遗传变异。对于一个物种而言，高质量参考基因组是功能研究的重要前提。目前，我们广泛采用的大豆参考基因组来源于一个美国品种Williams 82。该单一品种的基因组并不能完全代表所有大豆的遗传变异，特别是和美国地理距离遥远具有明显遗传变异的亚洲品种。另外，在功能研究中发现该基因组存在多处组装错误，影响了功能基因的定位挖掘。因此，国内大豆研究者迫切需要一个针对国产大豆品种的高质量基因组。
该研究团队结合单分子实时测序（SMRT）、单分子光学图谱（optical mapping）和高通量染色体构象捕获技术（Hi-C），对国审品种“中黄13”的基因组进行从头组装，最终得到1.025 Gb的基因组序列（Gmax_ZH13），包含20条染色体和1条叶绿体。该基因组contig N50为3.46 Mb，scaffold N50 为51.87 Mb，是目前连续性最好的植物基因组之一。进一步分析表明，Gmax_ZH13与Williams 82基因组之间存在着大量的遗传变异（图1），包括1,404个易位事件、161个倒位事件、1,233个倒位易位事件，505,506个小插入/缺失（1-99 bp）以及17,409个大插入/缺失（>=100 bp）。此外，团队整合大量转录组数据为Gmax_ZH13基因组注释基因构建了一个完整的基因共表达网络。通过已报道控制大豆开花时间的基因与定位的QTL或GWAS区间内候选基因的共表达关系，对定位区间内控制该性状的基因进行更精确地筛选，得到了26个可能控制大豆开花时间的基因，并利用自然群体遗传变异和表型差异的关联对其中部分基因进行了验证（图2），这为重要农艺性状基因的挖掘提供了新的思路。
Gmax_ZH13基因组的发布为大豆基础研究提供了非常重要的资源，为国产优异大豆品种的培育奠定了坚实的基础。
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该研究得到国家自然科学基金（91531304, 31525018, 31370266, 31788103）、中国科学院A类战略性先导科技专项（XDA08000000）和植物细胞与染色体工程国家重点实验室项目（PCCE-KF-2017-03）的资助。
Shen, Y., Liu, J., Geng, H., Zhang, J., Liu, Y., Zhang, H., Xing, S., Du, J., Ma, S., and Tian, Z. (2018). De novo assembly of a Chinese soybean genome. Sci China Life Sci 61, https://doi.org/10.1007/s11427-018-9360-0
http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCLS/doi/10.1007/s11427-018-9360-0
Journal
Science China Life Sciences