2023/5/16 16:02:37 阅读：155 发布者：
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公元2023年5月10日，德国科学院院士、澳大利亚莫道克大学国家农业生物技术中心主任、原联合国国际半干旱地区作物研究所首席科学家Rajeev K. Varshney教授在国际植物综述类顶刊Trends in Plant Science在线发表了题为Pan-genome for pearl millet that beats the heat 的点评论文。
文章推荐并高度评价了四川农业大学黄琳凯教授团队今年3月3日在Nature Genetics上发表的最新研究成果Pangenomic analysis identifies structural variation associated with heat tolerance in pearl millet。
论文认为图形泛基因组有助于科研工作者更全面的了解SVs对植物适应性等的影响，并快速跟踪植物的育种。论文总结到研究者通过构建美洲狼尾草图形泛基因组鉴定到大量结构变异（SVs），并发现它们参与美洲狼尾草热胁迫和热适应性过程。进一步将SVs和多组学数据整合解析了狼尾草热适应的分子机制。该论文高度评价了黄琳凯教授团队所构建的美洲狼尾草图形泛基因组为美洲狼尾草及相关物种改良提供了资源，并基于该工作有望培育出适应炎热气候的作物及牧草。
Trends in Plant Science点评论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.tplants.2023.04.016
Nature Genetics论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41588-023-01302-4
黄琳凯教授Nature Genetics 背景材料
图/黄琳凯教授（中）、孙敏博士（左）、靳雅荣博士（右）
一棵小草关系国家粮食安全
美洲狼尾草，又名珍珠粟，全球种植面积约达3,100万公顷。在我国，它是重要的饲草，是草食家畜和食草淡水鱼类的优质饲料和青料，其作为亲本的杂交狼尾草，目前在南方各省普遍种植，是单产最高的多年生牧草之一。在非洲、印度等热带干旱地区，美洲狼尾草是重要的杂粮作物。
图/美洲狼尾草
随着人民生活水平不断提高，我国牛羊肉、牛奶等草畜产品消费大幅增加。作为畜牧业的重要基础，牧草的需求量也相应地大幅增加。然而，我国牧草产业发展远落后于发达国家，每年需要从国外大量进口草种和干草，才能满足需求。由于牧草严重短缺，有的地方甚至出现了把灌浆期小麦用作青贮饲料的极端现象，导致“人畜争粮”矛盾出现。
如何用科技引领牧草产业发展，是黄琳凯教授团队长期研究的领域。由于牧草基因组大、重复序列及杂合度都较高，增加了基因组序列构建的难度。2019年，该团队首次公布了鸭茅的高质量参考基因组，是我国公布的首个牧草参考基因组。随着研究的深入以及技术的进步，构建高质量的图形泛基因组成为团队的重要目标。
“与参考基因组相比，图形泛基因组包含的遗传信息更全面，通过发掘结构变异，能够更好地解析植物表型和农艺性状的不同，为下一步育种奠定重要的研究基础。”黄琳凯教授介绍。
图/美洲狼尾草高质量基因组组装和泛基因组分析
通过联合国内外多家单位，本次研究从全球8个地区收集的394份美洲狼尾草核心种质中选取10份代表性材料，利用Pacbio HiFi等技术进行基因组从头组装，获得了高质量的基因组组装序列，结合一个已报道的基因组构建了首个美洲狼尾草图形泛基因组，发掘到424,085个结构变异。基于泛基因组图谱进行的全基因组关联分析，发现了143个重要农艺性状相关联的变异位点，并挖掘到与产量性状相关的候选基因446个。
“有了这些成果，我们就可以加速攻关牧草业各环节‘卡脖子’技术，培育突破性牧草优良品种，助力提升优质安全食物的供给保障能力，避免‘人畜争粮’，为保卫国家粮食安全贡献草业人的力量。”黄琳凯教授谈到。
耐热基因助力应对全球变暖
据报道，全球平均温度每升高1°C，小麦产量将减少6%，水稻产量将减少3.2%，玉米产量将减少7.4%。当前，全球气候变暖已成为限制农作物产量的重要因素，严重威胁世界粮食安全。解析植物的耐热机制，从而改良植物耐热性，培育耐高温的农作物是目前最重要的育种目标之一。
图/RWP-RK基因家族的扩张有助于美洲狼尾草耐热性的形成
起源于非洲的美洲狼尾草，能够适应极端高温的气候，是研究植物耐热机制的优良材料。本次研究通过对水稻、玉米、高粱等多个物种进行比较基因组学分析，发现美洲狼尾草中扩张的RWP-RK转录因子家族和内质网相关基因协同参与耐热性调控，挖掘并验证到关键结构变异和调控候选基因3个，其中基因PMF0G00024.1（RWP-RK）在水稻中过表达也显著提高了耐热性，将为分子育种提供了重要靶点。
这是我国牧草领域首篇发表在《自然遗传学》（Nature Genetics）上的论文。四川农业大学研究生、佐治亚大学严海东博士后，四川农业大学孙敏博士、北京诺禾致源科技股份有限公司生信工程师张钟仁和四川农业大学靳雅荣博士为该论文的共同第一作者，四川农业大学黄琳凯教授（第一通讯）和北京诺禾致源科技股份有限公司首席科学家田仕林研究员为论文的共同通讯作者。四川农业大学国家重点实验室、水稻研究所、动物科技学院、小麦研究所，南京农业大学、四川大学、美国佛罗里达大学、国际家畜研究所、国际热带半干旱地区作物研究所、西班牙科学院、四川省畜牧科学院和武汉大学等单位研究人员参与了本项目的研究。该研究得到了国家牧草产业技术体系、国家自然基金和四川省饲草育种攻关等项目资助。
来源：草堂心语
转自：“iPlants”微信公众号
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