中外科学家绘出小豆基因组草图

来源：新华社   发布者：亦云   日期：2015-10-14  

中外科学家12日在美国《国家科学院学报》上报告说，他们已经绘制出小豆的基因组草图。这将有助于从基因水平上分析小豆性状，培育更多小豆新品种。 北京农学院和国际半干旱热带作物研究所等机构的研究人员利用第二代测序技术完成了小豆全基因组的测序，组装出了高质量的小豆基因组框架图，结果显示小豆有3．4万多个基因。研究人员还分析了小豆与其他已知豆类基因组的进化关系，结果显示小豆与菜豆亲缘关系最近。 研究人员测序分析了49份野生小豆、半野生小豆、栽培小豆的基因，证实半野生小豆与栽培小豆的关系近于野生小豆，说明半野生小豆是小豆驯化过程中的初始农家品种。 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，平均为57．06％。与此相比，大豆淀粉含量为25．3％，而脂肪含量多达22．5％。新研究表明，相关基因的转录水平差异导致了上述差异。 研究负责人之一、北京农学院的万平教授告诉新华社记者：“小豆是中国传统小杂粮，研究基础薄弱。通过基因组测序、组装和基因注释，将促进小豆重要农艺性状基因的鉴定与克隆和分子育种，提升中国小豆的研究水平，加快小豆的遗传改良。” 万平、中国科学院遗传与发育生物学研究所的凌宏清、华大基因研究院的王俊以及国际半干旱热带作物研究所的拉吉夫·瓦尔什尼为研究报告的共同通讯作者。 小豆俗名红小豆、赤豆等，它起源于中国，早在1．2万年前已被驯化。小豆是理想的高蛋白、低脂肪、补血的营养食品，其中人体必须的8种氨基酸含量是禾谷类作物的2至3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。现代医学研究发现，小豆具有降血糖、降血脂、减肥和抗癌等作用。 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％，产品销往世界上30多个国家和地区。 小豆（adzuki bean，Vigna angularis）作为古老栽培作物起源于中国，在全世界30多个国家和地区种植。鉴于小豆高淀粉(57%)、低油脂（0.59%）和高营养附加值，被广泛用于食品及保健品中。为了促进小豆的基础和分子育种研究，由北京农学院万平教授与中国科学院遗传与发育生物学研究所凌宏清和田志喜研究员领衔的研究团队与深圳华大基因研究院合作完成了小豆全基因组测序。 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 N50为1.29 Mb的466.7 Mb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。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。与已知豆科植物的基因组比较及共线性分析证实小豆与菜豆亲缘关系最近，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%比25.3%)和油脂（0.59%比22.5%）积累差异，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。 小豆基因组测序的完成，将促进小豆重要农艺性状基因的鉴定与克隆和分子育种，提升中国小豆的研究水平。获得的基因组信息为比较基因组学研究提供丰富的数据资源，也有助于豆科物种进化和驯化关系研究，解析豆类植物在长期进化过程中代谢差异形成的分子机制。 该研究成果于2015年10月12号在美国科学院院报PNAS杂志在线发表（www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1420949112）。北京农学院的杨凯教授、中国科学院遗传与发育生物学研究所的田志喜研究员、华大基因研究院的陈春海和罗龙海为共同第一作者，北京农学院的万平教授、中国科学院遗传与发育生物学研究所的凌宏清研究员、华大基因研究院的王俊研究员以及国际半干旱作物研究所的Rajeev K. Varshney博士为共同通讯作者。该项目受到北京市教委基础研究与技术创新项目（PXM2014_014207_000017）和国家自然基金委项目（31371694，31272238）的支持。

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