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2019年4月3日

中大林汉明教授发表全球首个野生大豆参考基因组

2019年4月3日
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列印

农业生物技术国家重点实验室(香港中文大学)主任及中大生命科学学院教授林汉明教授

野生大豆W05(左)及培植大豆

野生大豆W05基因组

农业生物技术国家重点实验室(香港中文大学)主任、中大生命科学学院教授林汉明教授领导的国际合作研究团队,完成全球首个野生大豆的参考基因组,为世界大豆基因研究提供重要的工具,亦为豆科植物的比较基因组学与大豆品种改良研究奠定了基础,有助提升大豆的耐逆能力和其他农艺性状,从而扩大大豆的耕种范围,为可持续农业生产作贡献。有关研究成果日前于国际著名学术期刊《自然•通讯》(Nature Communications)上发表。 

林汉明教授表示:「野生大豆参考基因组在比较基因组和进化研究中有重要价值,可以帮助寻找重要基因,最终实现改良培植大豆品种,帮助研发高产、优质、耐逆大豆。我们这次研究的发现,将可以为其他致力挖掘大豆基因信息的科研团队,提供一个重要的参考。」

大豆起源于中国,原始的野生品种经历数千年的驯化过程,成为一种重要的经济作物,传播至世界各地。随著科学发展和农业技术需求的变化,林汉明教授十年前率先应用崭新的基因组学技术,发现野生大豆比培植大豆有更丰富的生物多样性和基因资源,可用于提升培植大豆的抗逆性、种子蛋白质和次级代谢产物含量等农艺性状。然而,由于以往大豆基因组学研究主要依赖以美国培植大豆Williams 82的基因组为参考,未能有效地阐明野生大豆特有的基因信息。 

是次研究林汉明教授团队针对野生大豆W05,应用由华大基因提供的第三代测序技术,加上其他崭新基因组测序和生物信息学技术,绘制出达至染色体级别的高质量野生大豆参考基因组。研究人员通过此基因组与已有的培植大豆基因组比较分析发现,野生大豆与培植大豆存在显著的基因组结构差异,这些差异在大豆基因定位研究、育种实践方面具有重要的指导意义。例如与野生大豆相比,培植大豆11号染色体和13号染色体末端发生了相互易位。这种易位可能会影响野生大豆和培植大豆的杂交研究,对遗传育种有重大影响。同时,研究人员发现,在控制大豆种皮颜色的I locus区域,培植大豆含有一个大的倒位。经过严谨的实验验证,证实该倒位引起大豆种子颜色由深色转变为黄色,解决了大豆驯化过程中的一大疑团。 

林汉明教授的「大豆回家」计划 

林汉明教授是大豆遗传基因研究的先驱,致力透过其研究推动可持续农业发展,配合「联合国农粮组织」倡议的气候智能农业发展概念。2010年,林教授与华大基因合作,破解了31种野生和培植大豆的基因组密码,得出野生大豆比培植大豆有更高生物多样性的结论。这研究成果成为2010年12月Nature Genetics的封面故事,为相关研究项目与计划奠定基础,大豆基因组研究自此在全球遍地开花。是项突破性的基因组研究全由中国人团队在大豆的家乡完成,突破了先进国家在大豆高端研究的垄断,因此命名为「大豆回家」。 

其后,林教授的团队一直采用高端的基因组序列科技,配以先进的分子生物学技术,找寻野生大豆的耐逆基因。2014年,林教授成功从野生大豆识别和复制出崭新的耐盐基因,并应用于发展耐盐大豆,研究成果同年刊于Nature Communications。林教授利用耐盐基因的信息,与内地大豆育种专家合作,培植可在盐渍化干旱土地上种植的大豆,成功育成三个耐逆大豆新品种,通过了甘肃省正式测试,已经开始在中国西北部的半干旱和全旱地区应用。团队命名是项研究为「从实验室到农田」。 

刚发表的野生大豆参考基因组是由林教授领导的国际合作团队完成,成果应用也面向全世界豆科研究及育种工作者。团队命名是项研究为「从中国到世界」。 

农业生物技术国家重点实验室(香港中文大学)简介 

中国科技部批准设立的农业生物技术国家重点实验室(香港中文大学)以农业生物技术的基础研究为主导,并通过个别成熟的技术领域,进行应用基础研究,目标是为中国及世界粮食安全及气候智慧农业作贡献。研究重点包括: (1) 重要种质资源的发掘和应用;(2) 植物细胞学研究;(3) 抗旱高效农业节水研究;(4) 新技术平台开发,包括基因组、表观遗传、蛋白组、动物发育等。



农业生物技术国家重点实验室(香港中文大学)主任及中大生命科学学院教授林汉明教授

农业生物技术国家重点实验室(香港中文大学)主任及中大生命科学学院教授林汉明教授

 

野生大豆W05(左)及培植大豆

野生大豆W05(左)及培植大豆

 

野生大豆W05基因组

野生大豆W05基因组

 

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