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世界首個(gè)棗全基因組測序完成
- 發(fā)布時(shí)間:2014-11-26 10:31:23 來源:國家林業(yè)局網(wǎng)站 責(zé)任編輯:羅伯特
中國綠色時(shí)報(bào)11月26日?qǐng)?bào)道(記者 焦玉海通訊員陳列) 國際權(quán)威科學(xué)雜志《自然通訊》日前在線發(fā)表了以河北農(nóng)業(yè)大學(xué)教授劉孟軍為通訊作者的棗基因組測序重大研究成果,標(biāo)志著我國在世界上率先完成了棗樹的全基因組測序,棗樹也成為世界鼠李科植物和我國干果樹種中第一個(gè)完成基因組測序的樹種。
2010年,劉孟軍帶領(lǐng)其棗研究團(tuán)隊(duì),在20多年科研積淀基礎(chǔ)上,開始了自己的棗樹“探月工程”。項(xiàng)目啟動(dòng)前,國內(nèi)外有關(guān)棗樹基因組測序的基礎(chǔ)工作還非常薄弱,甚至連棗樹基因組究竟有多大都還不清楚,更沒有可用于基因組輔助組裝的近緣植物基因組序列和棗的高密度遺傳連鎖圖譜。劉孟軍棗研究團(tuán)隊(duì)幾乎是從零開始艱難的棗基因組計(jì)劃,從棗基因組大小測定和高密度遺傳圖譜構(gòu)建等點(diǎn)滴開始,有效克服了高度復(fù)雜的棗基因組的測序、組裝和填圖補(bǔ)洞等一道道難關(guān),成功完成了對(duì)我國著名棗品種“冬棗”的全基因組測序。
項(xiàng)目組裝出的高質(zhì)量棗基因組序列,總長達(dá)4.38億個(gè)堿基、達(dá)到棗估測基因組大小的98.6%,并且將其中80%的堿基錨定到了棗的12條假染色體上;預(yù)測出32808個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因,從中發(fā)現(xiàn)了大量的棗特色基因;特別是在第一號(hào)染色體上,發(fā)現(xiàn)了一段與棗樹獨(dú)特生物學(xué)性狀(抗逆性強(qiáng)和含糖量高)密切相關(guān)的高度保守區(qū)域,為揭示棗特殊生物學(xué)性狀的分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。研究還發(fā)現(xiàn),棗的基因組在歷史進(jìn)化中經(jīng)歷了復(fù)雜的染色體斷裂、融合及片段重組過程,但卻沒有發(fā)生最近一次的全基因組復(fù)制事件。
項(xiàng)目在完成基因組測序組裝基礎(chǔ)上,對(duì)棗樹的多個(gè)特殊和優(yōu)異性狀的形成機(jī)制進(jìn)行了深度研究。棗果是世界上已知維生素C(Vc)含量最為豐富的果品之一,高出蘋果數(shù)十倍,也遠(yuǎn)超過以富含Vc著稱的柑橘,甚至超過有“Vc王”之稱的獼猴桃,但棗果為何能夠大量積累人體必需卻不能合成的重要營養(yǎng)素Vc,一直是個(gè)謎。項(xiàng)目通過比較基因組研究,結(jié)合果實(shí)發(fā)育期轉(zhuǎn)錄組測序和Vc代謝的深入分析,首次發(fā)現(xiàn)棗果同時(shí)具有柑橘和獼猴桃兩種積累Vc的分子機(jī)制,這樣一種高效積累Vc的機(jī)制在其他果樹上尚未見報(bào)道。
此外,本研究還通過比較基因組、轉(zhuǎn)錄組測序和大量的室內(nèi)外分析,深入揭示了棗果大量積累糖分、結(jié)果枝自然脫落習(xí)性(“落枝歸根”而非“落葉歸根”)及棗樹極強(qiáng)的耐鹽抗旱特性等優(yōu)異性狀形成的分子機(jī)制。研究對(duì)揭開棗樹進(jìn)化和生長發(fā)育之謎、加速棗樹分子育種、推動(dòng)棗業(yè)現(xiàn)代化和國際化將產(chǎn)生重大影響,對(duì)鼠李科乃至其他果樹和木本植物的分子遺傳改良也具有十分重要的理論借鑒和潛在應(yīng)用價(jià)值。
棗樹是我國栽培歷史最為悠久、最具民族特色優(yōu)勢的果樹之一。棗樹原產(chǎn)我國黃河中下游地區(qū),已有7000多年的栽培歷史,現(xiàn)遍及除黑龍江和西藏外的幾乎所有省市,栽培面積達(dá)到3000萬畝,接近蘋果和柑橘兩大主栽果樹,年產(chǎn)量600萬噸,在干果中居第一位。我國棗樹的栽培面積和產(chǎn)量均占到世界的99%。棗產(chǎn)品還是我國最具國際競爭力的果品和滋補(bǔ)食品之一。目前,棗產(chǎn)業(yè)已成為全國2000萬農(nóng)民的主要經(jīng)濟(jì)來源。此外,棗樹具有極強(qiáng)的抗鹽堿、抗干旱和耐瘠薄能力,在我國廣大山、沙、堿、旱地區(qū)發(fā)揮著難以替代的作用。
項(xiàng)目得到了國家科技支撐、國家自然科學(xué)基金、河北省巨人計(jì)劃、河北省高端人才計(jì)劃、河北省科技支撐計(jì)劃等多個(gè)項(xiàng)目的大力支持。今年9月,劉孟軍棗研究團(tuán)隊(duì)被中組部、中宣部、人社部和科技部四部委評(píng)為“全國專業(yè)技術(shù)人才先進(jìn)集體”。
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