《大麦泛基因组揭示了突变育种的隐藏遗产》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: 王晶静
  • 发布时间:2021-03-17
  • 遗传多样性是作物改良的关键。由于普遍存在的基因组结构变异,单一的参考基因组无法捕获作物物种的完整序列多样性信息(称为“泛基因组”)。多个高质量的序列组装是泛基因组基础设施不可或缺的组成部分。大麦(Hordeum vulgare L.)是一种重要的谷类作物,栽培历史悠久,可适应多种农业气候条件。文中,作者报道了具有全球大麦多样性代表的20种大麦(包括地方品种、栽培品种和野生大麦)基因型的染色体规模序列组装。研究人员对基因组存在/不存在变体进行了分类,并探索了通过300个基因库种质的全基因组霰弹枪测序对结构变体进行定量遗传分析的方法。作者发现了丰富倒位多态性,并详细分析了当前优质大麦种质中经常发现的两个倒位。一种可能是突变育种的产物,另一种可能与涉及地理范围扩展的基因座紧密相关。该大麦泛基因组使得以前未知的遗传变异可用于遗传研究和育种。

相关报告
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    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-03-13
    • 2024年2月29日,上海交通大学毛亚飞课题组在Cell 期刊上发表题为Structurally divergent and recurrently mutated regions of primate genomes的研究论文。 该研究比较分析了人类和8个非人灵长类基因组,发现了多个与疾病相关的风险遗传位点。该工作通过比较基因组学、群体遗传学、结构生物学和单细胞转录组学等交叉学科手段,系统性地发现了与人类精神分裂症、精子生成和神经系统发育迟缓等相关复杂基因组结构变异片段。 在这项研究中,该课题组利用高质量灵长类基因组数据,绘制了灵长类简单结构变异图谱,在此过程中发现了多个人类特有的结构变异,并解析了这些结构变异可能致病的遗传基础。课题组进一步利用新的图形化比对方法发现了多个灵长类基因组上的结构多变区,揭示了与人类精神分裂症相关的C4单倍型和选择压力。同时,该研究首次深入解析RGPD基因家族演化历史,阐明了片段重复在灵长类演化和人类疾病中的重要生物学意义。最后,该课题组重点研究了生物医学模式动物狨猴的基因组,发现了多个狨猴特有的基因组结构,并利用全长转录组和单细胞转录组等解析了狨猴特有重复基因在大脑不同亚细胞群中与人类的差异,为后续以狨猴作为生物医学模式动物的相关研究打下了坚实的遗传基础。
  • 《大麦基因组测序工作完成》

    • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者:田儒雅
    • 发布时间:2017-11-28
    • 美国加州大学河滨分校(University of California, Riverside)的研究人员和其他来自全球各地的77位科学家对大麦的所有基因组进行了测序。大麦是啤酒和苏格兰单一麦芽威士忌的关键成份。这项研究开始于10年前,目前研究结果已发表在《自然》(Nature)杂志上,文章题为《染色体构象俘获确定了大麦基因组序列》(A chromosome conformation capture ordered sequence of the barley genome)。 加州大学河滨分校基因学教授提摩西·克罗斯(Timothy Close)说:“只有对大麦所有的基因组进行测序,才能让大麦研究者更容易聚焦具体研究目标,包括在品种开发时进行育种和系统的基因研究。”克罗斯提到,这项研究也会对其他粮食作物科学家有所启发,包括大米、小麦、黑麦、玉米、小米、高粱、燕麦,甚至草坪草(草坪草和粮食作物一样,也属于禾本科)。 大麦作为主食和用于制作发酵饮料、喂养动物的历史已经超过了1万年。早餐谷物、通用面粉以及面包制作中都可以找到它的身影。大麦麦芽为啤酒提供了色泽、主料、蛋白质等优质原料,也为发酵提供了必须的天然糖分。苏格兰单一麦芽威士忌就是只用水和大麦麦芽酿造的。大麦在全球范围内都有种植,俄罗斯、德国、法国、加拿大和西班牙是主要的生产大国。从石器时代开始,大麦麦芽就被人们用来酿造酒精饮料。 这篇发表在《自然》杂志上的报告研究了对于制麦工艺十分关键的基因组。科学家进行大麦基因组测序后,发现了容易在驯化过程中出现基因瓶颈的基因段。这个结果有利于帮助繁育者在改良作物时进行基因多样性优化。 10年前,德国莱布尼茨植物遗传学和农作物研究院(Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research)的尼尔斯·斯坦(Nils Stein)领导国际大麦基因组测序团队(Barley Genome Sequencing Consortium),开始收集完整的大麦基因组参考序列。这项工作十分艰难,因为大麦基因数量是人类基因数量的两倍,其中80%还是由高度重复的序列组成,如果不付出大量精力,根本无法准确找到基因组的具体位置。 科学家们使用了多种新颖的方法来开展这项工作。测序技术、算法设计和计算技术上的重大突破使得这项工作能够顺利开展,但还是花费了来自德国、澳大利亚、中国、捷克、丹麦、芬兰、瑞典、瑞士、英国和美国等世界各地科学家10年的时间。这项研究让科学家对超过39,000个大麦基因有了更多了解。 (编译 田儒雅)