浙江省农科院等揭示了豇豆驯化与改良的基因组选择印迹

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关键词：

来源：

Nature Genetics

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来源地址：

https://doi.org/10.1038/s41588-024-01722-w

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

中文

原文发布日期：

2024-04-22

摘要：

2024年4月22日，浙江省农业科学院李国景团队与浙江大学张明方团队合作在国际遗传学顶级期刊Nature Genetics发表了“Differential selection of yield and quality traits has shaped genomic signatures of cowpea domestication and improvement” 的研究论文，揭示了豇豆驯化与改良的基因组选择印迹，阐明了豇豆产量和品质协同提升的遗传机制，为粮用豇豆和菜用豇豆的双向改良提供了基因组工具，研究成果有望为缓解地球人口持续增加导致非洲等发展中国家食物安全问题和改善人类膳食营养结构提供基因组育种新策略。研究团队首先组装了粮用豇豆和菜用豇豆高质量基因组，基于比较基因组研究发现了亚种间大量的基因组结构变异，鉴定出主要与细胞生长和分化过程中胞膜重建有关的糖鞘脂通路上的特异扩张基因，可能与菜用豇豆的超长豆荚生长发育有关；揭示了粮用豇豆特异扩张的基因主要富集在与粮用豇豆碳水化合物积累、抗病抗逆性相关的能量生产与转运通路上。该研究通过对从全世界收集到的344份核心种质进行重测序，揭示了豇豆亚种之间基因组水平上的遗传进化关系，发现了豇豆种质可以清晰地区分为粮用豇豆、菜用豇豆地方品种和菜用豇豆育成品种三个亚群，并结合GWAS和选择性清除分析挖掘到与驯化和改良相关的基因组印迹信号和重要基因／遗传位点，构建了从粮用豇豆-菜用豇豆地方品种-菜用豇豆育成品种的驯化与改良过程中涉及耐旱、抗病和产量相关性状的基因组变异图谱。研究进一步发现豆荚落粒性、嫩荚和籽粒总淀粉含量、单荚籽粒数、嫩荚可溶性糖含量、荚长等产量和品质相关性状在豇豆驯化与改良进程中受到强烈的人工选择。从粮用豇豆到菜用豇豆，荚长、单荚籽粒数和嫩荚可溶性糖、籽粒淀粉与籽粒粗蛋白含量受到持续的正向选择，而落粒性、千粒重、籽粒可溶性糖含量及一些抗病抗逆位点逐步丢失；粮用豇豆的驯化与改良主要涉及籽粒大小和籽粒品质性状，而菜用豇豆的驯化与改良主要集中在荚长和嫩荚品质性状。研究结果表明，通过在菜用豇豆上聚合荚长、单荚粒数、嫩荚可溶性糖等位点的有利等位变异，同时从粮用豇豆中引入一些抗病、抗逆相关的有利等位变异，可以实现菜用豇豆产量、品质、抗逆（病）性状的协同提升；同样在粮用豇豆上，通过聚合千粒重、籽粒可溶性糖含量、籽粒淀粉含量等位点的有利等位变异，同时从菜用豇豆中引入荚长、单荚粒数、耐裂荚性等有利等位变异，改良非洲粮用豇豆的生产性能。该研究全面解析了豇豆驯化与改良中重要性状相关的基因组选择特征，为豇豆品质、产量、抗逆（病）性状的协同改良提供了基因组育种路线图。