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我校万平教授团队主持完成小豆基因组测序
来源:北农新闻
发布时间:2015-10-14 07:58:32
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小豆是起源于我国的古老栽培作物在我国粮食生产及食品加工业中具有重要地位。我校万平教授率领其团队在多年开展小豆遗传育种工作的基础上,联合中国科学院遗传与发育生物学研究所、华大基因研究院和国际半干旱作物研究所,历经两年多的攻关,率先完成小豆全基因组测序,绘制出高质量小豆基因组草图,解析了小豆籽粒淀粉和脂肪积累的分子机理,这一研究成果已于1012日在美国科学院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)杂志在线发表。

小豆不同于大豆等其他豆科作物,脂肪含量非常低,平均仅为0.59%,而总淀粉含量较高,平均57.06%%。此外,小豆蛋白质含量16.928.6%,膳食纤维含量4.87.7%,蛋白质中人体必须的8种氨基酸含量是禾谷类作物的23倍,富含B族维生素、铁、钙等矿物质和萜类、异黄酮、皂苷等生物活性物质,是理想的高蛋白、低脂肪、多营养、补血、多功能食品。李时珍《本草纲目》和《中国药典》记载小豆具有祛湿、解毒、消肿等药用功效,现代医学研究小豆具有降血糖、降血脂、减肥和抗肿瘤作用。目前,小豆在世界三十多个国家种植,其生育期短,适应性广,耐瘠薄,在改善膳食结构、调整种植业结构和耕作制度、资源节约型农业、固氮环保、发展出口创汇农业方面有着重要作用。中国是世界上最大的小豆生产和出口国,出口量约占世界的80%,产品销往世界30多个国家和地区。

北农小豆科研团队从上世纪八十年代由金文林教授开始,从事小豆研究已三十多年,在国家自然科学基金委、农业部、北京市科委、农委、教委的大力支持下,培育出京农2号、京农5号、京农6号、京农7号和京农8号小豆品种,收集1000多份中外小豆资源,在小豆种质评价、创新与挖掘利用研究方面处于同领域领先地位。近两年来,该团队利用第二代测序技术对小豆全基因组进行鸟枪法测序,获得了90.88 Gb有效序列,组装出了Scaffold N501.29 Mb466.7Mb基因组序列,占小豆基因组(542 Mb)的86.11%。利用F2群体的基因组简化测序,构建了高分辨度SNP遗传图,并将372.9 Mb序列铆钉到了小豆相应染色体,组装出了高质量的小豆基因组框架图。基因组注释结果显示44.51%的序列为重复序列,蛋白编码基因34,183个。利用比较基因组学分析了小豆与已知基因组其他豆类物种的进化关系,与已知豆科植物的基因组比较及共线性分析证实小豆与普通菜豆亲缘关系最近,小豆的多条染色体的基因排列与菜豆染色体间存在很好的共线性。鉴于小豆和大豆籽粒中淀粉(57.06%25.3%)和油脂0.59%22.5%积累差异,系统分析了小豆和大豆基因组中淀粉和油脂合成代谢途径基因的组成和拷贝数,以及这些基因在籽粒发育过程中的转录强度,解析了小豆和大豆籽粒淀粉和脂肪积累差异不是由淀粉和油脂合成相关基因数目变化引起,而是由这些基因的转录表达量所导致。对49份野生小豆、半野生小豆、农家品种和现代育成品种的重测序分析发现小豆从野生种到栽培种驯化进程中有强的选择信号,并从基因组水平上证实半野生小豆与栽培小豆的关系近于野生小豆,推测半野生小豆是小豆驯化过程中的初始农家种。

小豆全基因组测序的完成,将大大促进豆类植物进化及代谢差异的分子机制研究进程,为比较基因组学研究提供丰富的数据资源,为豆类重要农艺性状基因的挖掘和分子育种提供支撑。