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新物种鉴定?种质资源保护?优良基因挖掘?——全组学方案推动农业资源普查

2024-02-27

01、我国农业资源普查现状

农业资源是保障粮食和重要农产品稳定安全供给的战略性资源。2021年,农业农村部启动新中国成立以来规模最大、覆盖范围最广的全国农业资源普查,经过3年努力,我国农业资源家底全面摸清。普查新收集的农业资源将全部收入国家农业农业资源库,开展精准鉴定,挖掘一批高产优质、抗逆抗病等优异资源。


02、如何用分子手段保护与利用农业资源

2023年中央一号文件首次提出加快生物育种商业化步伐,重视生物育种带来的产业变革,其关于“加快生物育种商业化步伐”的定调既符合粮食安全的大局观。分子育种技术将生物遗传学理论与常规育种相结合,分子育种技术通过标记目的基因进行性状改良,为实现对基因型的直接选择提供了可能。

  • 新品种基因组组装:基因组De novo

  • 资源管理:DNA指纹图谱、核心种质筛选

  • 资源整理与分类:群体进化、家系鉴定

  • 农业资源优良基因挖掘:基因组性状定位(GWAS、选择性清除分析、BSA、遗传图谱)并结合转录组、蛋白组、代谢组等确定候选基因。


2.1、新品种基因组组装

基因组是生命的源代码,是细胞内所有的遗传信息的总和,是指导物种生长、发育和繁衍的基本程序。基因组De novo可以获得动植物的全基因组序列,对于物种适应进化、保护濒危物种等推进下游一系列研究的顺利开展。

表1 T2T基因组研究现状

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2.2、农业资源管理

通过重测序等方式将样本资源转化为种质数字化资源,基于变异检测得到高密度的分子标记位点,利用高密度的分子标记构建以最少数量的遗传资源最大限度保存整个群体遗传多样性的核心合集,从基因角度为种质筛选和保存提供参考,实现优良种质挖掘,达到高效利用物种变异的目的。并且可以基于其中的核心位点构建DNA指纹图谱,更好的保存和鉴别核心种质资源。

表2 种质资源管理推荐方案

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2.3、资源整理与分类

采用重测序、简化测序的方法获取未知群体的SNP,基于群体结构、遗传多样性与亲缘关系分析等多种计算相结合的方法构建鉴定模型,最终实现高准确率的家系鉴定。

表3 资源整理与分类推荐方案

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2.4、农业资源优良基因挖掘研究思路

农业资源精准鉴定与基因挖掘是从源头上实现种业创新、保障粮食安全的根本路径,是生物育种重点攻关的关键技术之一。通过基因定位进行辅助育种选育生长快、品质优、抗逆性好的品种可以有效缩短育种年限,精准重要性状选育是促进农业资源健康、可持续发展的重要手段。可以通过群体性状定位与其他组学相结合,达到多组学精细定位并互相验证的目的。亚洲第一品牌威尼斯澳门人精心整理了多组学研究思路、多组学高分文章解读,希望可以在研究方向上帮助到各位老师!

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多组学农业资源优良基因研究方向概览


03、亚洲第一品牌威尼斯澳门人多组学-农业资源保护与性状定位成功案例

亚洲第一品牌威尼斯澳门人与中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究团队在国际期刊《Nature》发表新研究成果!本研究成功从野生玉米中克隆出控制玉米高蛋白品质形成和氮素高效利用的关键变异基因THP9,能显著提高杂交种籽粒蛋白含量。

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实验材料

检测20个野生玉米中游离氨基酸和蛋白含量,基于高蛋白含量的野生玉米(Teosinte)与B73自交系杂交构建高世代近等基因系群体,分别对群体BC4、BC6、BC8以及BC9进行遗传群体的测序与蛋白含量性状定位,并使用GWAS进行定位分析两种定位方法互相验证,最后对候选基因进行功能验证。

多组学技术手段

代谢组、蛋白组、基因组(De novo+BSA+GWAS)、转录组

研究思路

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研究结果

本研究收集了20个野生玉米种,从中筛选出一个高蛋白含量的代表株,Ames 21814,基于HiFi数据和Hi-C数据成功组装出该野生玉米高杂合的复杂基因组。

此外本研究成功攻克野生玉米与现代玉米B73杂交单向不亲和难题,构建了超F10的高世代近等基因系家系群体,并对群体BC4(n=500)中的高低蛋白含量的子代构建了DNA混池,进行了BSA混池关联分析,定位到Chr.9上的130Mb-160Mb的区域,该区域包含了315个Teosinte渗入基因,该位点被命名为TEOSINTE高蛋白9。此外,又对BC6(n=1314)以及BC8(n=1344)群体同样进行了BSA混池关联分析,验证了BC4群体定位结果。后续又利用构建的BC9 (n = 2,000) 群体进行了精细定位,最终将后续区域缩小到150 kb范围内,包含有3个候选基因。


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