2019-12-17 09:55:06 黃琳凱 劉芳
黃琳凱 劉芳
為了培育自有知識產(chǎn)權(quán)牧草品種，促進民族種業(yè)發(fā)展，提高牧草養(yǎng)殖經(jīng)濟效益，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)利用從全國畜牧總站國家草種質(zhì)資源庫申請的50份資源和從野外采集的二倍體、四倍體野生鴨茅種質(zhì)資源，經(jīng)過20余年不斷試驗，采用測序新技術(shù)，融合生物信息學(xué)，完成了鴨茅全基因組測序工作。這是我國首次在牧草領(lǐng)域完成的第一個基因組測序，目前世界上僅有三葉草和黑麥草完成測序。
鴨茅是世界著名的優(yōu)良牧草之一，原產(chǎn)自歐洲、北非及亞洲溫帶地區(qū)，在全世界溫帶地區(qū)均有分布。我國鴨茅野生種多分布于新疆天山山脈的森林邊緣地帶及四川峨眉山、二郎山、邛崍山脈等海拔1600-3100米的森林邊緣地帶及山坡草地，并散見于大興安嶺東南坡地。鴨茅具有葉量豐富、耐蔭性強、草質(zhì)柔嫩、適口性好、營養(yǎng)價值高等特點，可用于青飼、青貯或調(diào)制干草。因其適應(yīng)能力強，抗旱、耐瘠薄，所以在邊際土地及石漠化深度貧困區(qū)草牧業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。
鴨茅是優(yōu)良的牧草，但在我國亞熱帶高溫高濕地區(qū)種植還存在越夏率低和易感銹病等問題。用傳統(tǒng)育種方法改良鴨茅產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性等特性，培育一個新品種大概需要15年的時間。而借助分子育種新技術(shù)，利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)（MAS）和基因編輯技術(shù)可大大加快植物育種進程，育種周期縮短為8-10年。但分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)和基因編輯技術(shù)都需要該物種基因組信息庫作為支撐才能實現(xiàn)。由于之前鴨茅還沒有基因組信息，嚴(yán)重制約了鴨茅分子育種的發(fā)展，因此構(gòu)建鴨茅基因組序列，可挖掘鴨茅優(yōu)良基因資源和加快新品種培育等工作。
為解決鴨茅基因組信息缺乏這一問題，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草育種課題組，在張新全教授帶領(lǐng)下，自2000年開始此項研究工作。團隊成員在全球范圍內(nèi)收集鴨茅資源，共收集了200余份二倍體、四倍體鴨茅材料。由于牧草基因組大、重復(fù)序列及雜合度都較高，這增加了牧草基因組序列構(gòu)建的難度，且我國尚未有牧草基因組的相關(guān)報道，全球范圍內(nèi)僅有三葉草和黑麥草基因組草圖的報道，無成功經(jīng)驗可借鑒。課題組用了3年的時間，試圖利用二代測序的方法構(gòu)建基因組序列，結(jié)果都不令人滿意。面對困難和棘手的問題，科研團隊沒有迷茫、放棄，在張新全、黃琳凱兩位教授的帶領(lǐng)下，組建了植物遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物信息學(xué)等多學(xué)科的攻關(guān)小組，經(jīng)過長期不斷地試驗，最終選取二倍體鴨茅為研究對象，采用測序新技術(shù)，融合生物信息學(xué)，構(gòu)建了一個質(zhì)量較好的鴨茅全基因組數(shù)據(jù)庫，其相關(guān)質(zhì)量指標(biāo)是黑麥草基因組的50倍以上。
鴨茅基因組包含了40088個基因，其中有1173個基因家族是鴨茅特有基因，這些特有基因大多和草類植物適應(yīng)能力強、抗旱耐寒相關(guān)。通過比較發(fā)現(xiàn)，鴨茅和小麥較為近緣。這些基因資源可用于近緣作物小麥抗寒、抗旱等品質(zhì)的遺傳改良技術(shù)中。
鴨茅全基因組的測序成功，為鴨茅分子育種提供了重要的基礎(chǔ)信息支撐，加快鴨茅分子育種進程?；蚪M序列的成功開發(fā)為其他牧草基因組測序、分子育種工作提供了參考，將為選育出更多優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、適應(yīng)性強的牧草提供有力保障，對加速我國牧草基因資源挖掘工作具有借鑒意義。
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