科技日?qǐng)?bào)記者 孫越 通訊員 周紅飛 楊藝辰

花生要“多產(chǎn)”，先得“長(zhǎng)大”。這一看似簡(jiǎn)單的邏輯，背后卻藏著復(fù)雜的遺傳奧秘。近日，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)殷冬梅教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《自然·遺傳學(xué)》發(fā)表研究成果，首次繪制了高質(zhì)量的花生泛基因組圖譜，并找到了影響花生籽粒大小和重量的“關(guān)鍵分子開關(guān)”，為未來(lái)花生基因組學(xué)輔助改良育種提供了理論基礎(chǔ)和新思路，為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)花生的培育按下“快進(jìn)鍵”。

從269份全球花生種質(zhì)中找答案

花生起源于南美洲，是農(nóng)作物中唯一地上開花、地下結(jié)果的豆科作物，基因組大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。科研團(tuán)隊(duì)采集了來(lái)自全球34個(gè)主要花生產(chǎn)區(qū)的269份種質(zhì)資源，包括野生種、地方品種和現(xiàn)代改良品種，包括2個(gè)二倍體野生種、2個(gè)四倍體野生種和4個(gè)栽培品種代表，幾乎覆蓋了花生的“前世今生”。

殷冬梅團(tuán)隊(duì)通過(guò)高精度基因組組裝，繪制了全球首個(gè)高質(zhì)量花生泛基因組圖譜，構(gòu)建了完整的“泛基因組圖譜”，就像為花生家族繪制了一份精細(xì)的“家譜”。在這份精密“家譜”中，他們首次揭示了全基因組水平的結(jié)構(gòu)變異對(duì)花生產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響，精準(zhǔn)定位到了決定籽粒大小與重量的關(guān)鍵變異，為花生產(chǎn)量和抗病遺傳改良提供了重要的遺傳資源和新思路。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，決定花生果實(shí)大小和重量的秘密，藏在基因組中的“結(jié)構(gòu)變異”里。影響花生籽粒大小最重要的“主角”，是一個(gè)名叫AhARF2-2的基因。它的一處微小結(jié)構(gòu)變異會(huì)導(dǎo)致其功能發(fā)生變化，從而“放松了”對(duì)籽粒膨大的抑制作用，讓花生籽粒“可以放心長(zhǎng)大”。

研究人員進(jìn)一步將該變異導(dǎo)入模式植物擬南芥中，結(jié)果顯示：種子明顯更大了。這一突破為未來(lái)通過(guò)分子育種手段培育高產(chǎn)花生品種提供了精準(zhǔn)靶點(diǎn)。

此外，團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)另一個(gè)與籽粒重量顯著相關(guān)的變異基因AhCKX6，也是未來(lái)育種中的“潛力股”。

為花生育種提供精準(zhǔn)“加速器”

花生是全球重要的油料與經(jīng)濟(jì)作物，其單產(chǎn)水平的提升對(duì)于保障植物油和優(yōu)質(zhì)蛋白的供給、維護(hù)糧油安全具有舉足輕重的作用。

這項(xiàng)研究不僅豐富了人類對(duì)花生基因組的理解，也為花生產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的應(yīng)用前景。

對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院錢前院士評(píng)價(jià)認(rèn)為該研究“是花生科研領(lǐng)域里程碑式的重大突破，為未來(lái)種質(zhì)創(chuàng)制與育種策略的制定提供了新思路和策略，也為其他作物的泛基因組研究提供了寶貴的借鑒。”

中國(guó)科學(xué)院院士黃三文指出，該項(xiàng)研究不僅填補(bǔ)了花生基因組研究的重大空白，也為深入理解花生從野生種到栽培種的演化過(guò)程提供了豐富的遺傳資源，“將加速我國(guó)花生良種培育，會(huì)大大加快培育出更強(qiáng)適應(yīng)性、更高產(chǎn)量和更好品質(zhì)的花生新品種”。

殷冬梅表示，自己最大的愿望就是通過(guò)基因編輯、分子標(biāo)記輔助選擇等現(xiàn)代育種技術(shù)，“為國(guó)家培育出最好的‘金種子’，讓花生真正成為農(nóng)民增收致富的‘金豆子’。”