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原標(biāo)題：由廣西大學(xué)牽頭的研究團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》發(fā)布重大科研成果
我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)破解甘蔗“基因組迷宮”
2月6日，由廣西大學(xué)牽頭，福建農(nóng)林大學(xué)等多所學(xué)校參與的研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)》上發(fā)布重大科研成果，率先提出并實(shí)現(xiàn)了面向復(fù)雜倍性作物的圖形泛基因組框架，為系統(tǒng)性破解長(zhǎng)期困擾甘蔗遺傳學(xué)與育種研究的“基因組迷宮”，推動(dòng)多倍體作物的精準(zhǔn)解析與分子育種開(kāi)辟了全新范式。
作為全球最重要的糖料和能源作物之一，甘蔗提供了世界約80%的食糖和40%的燃料乙醇，被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉醋魑镏弧，F(xiàn)代栽培甘蔗由不同祖先物種經(jīng)過(guò)多輪雜交回交而成，其基因組呈現(xiàn)倍性高、染色體數(shù)量多、結(jié)構(gòu)變異頻繁等極端復(fù)雜特征，如同一個(gè)“無(wú)盡迷宮”，傳統(tǒng)“單一線(xiàn)性基因組”分析范式難以全面解析其遺傳信息，使得甘蔗長(zhǎng)期被視為“作物基因組學(xué)中的無(wú)人區(qū)”，直接影響甘蔗基礎(chǔ)遺傳研究與精準(zhǔn)育種的推進(jìn)。
為了突破這一瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)整合了4個(gè)甘蔗種的9套基因組，涵蓋47至57條單倍型路徑和數(shù)十萬(wàn)個(gè)基因等位信息，建立了多倍體感知的圖泛基因組分析體系。該論文第一通訊作者、廣西大學(xué)張積森教授介紹，該體系能夠系統(tǒng)性“找回”大量被傳統(tǒng)分析范式忽略的遺傳信息，捕獲甘蔗約82%的遺傳多樣性。
這一策略為跨種群、跨倍性的基因組學(xué)解析建立了統(tǒng)一、無(wú)偏的分析框架。基于該框架，團(tuán)隊(duì)提出“劑量感知全基因組關(guān)聯(lián)分析”方法。在遺傳力估計(jì)與性狀位點(diǎn)檢出能力等方面均較傳統(tǒng)方法表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。論文共同第一作者、廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授張清介紹，基于圖譜分析，團(tuán)隊(duì)識(shí)別出了甘蔗中6800至19000余個(gè)僅在線(xiàn)性參考中無(wú)法檢測(cè)的新增開(kāi)放染色質(zhì)區(qū)域，可以大幅縮短育種周期。
研究團(tuán)隊(duì)在圖譜泛基因組框架下提出了劑量感知關(guān)聯(lián)分析新方法。為驗(yàn)證其有效性，團(tuán)隊(duì)利用基因編輯技術(shù)敲除甘蔗的一個(gè)關(guān)鍵基因后發(fā)現(xiàn)，甘蔗分蘗數(shù)提高4至4.6倍，分蘗啟動(dòng)顯著提前，單位面積蔗莖產(chǎn)量提升3.8至4.5倍，清晰展示了從“圖譜發(fā)現(xiàn)”到“功能驗(yàn)證”再到“育種靶點(diǎn)明確”的完整閉環(huán)。此外，研究人員還將該框架推廣至棉花、小麥、馬鈴薯等多種多倍體作物，均顯示出在遺傳多樣性捕獲和性狀關(guān)聯(lián)能力上的顯著優(yōu)勢(shì)。
作物基因組與遺傳學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心主任韓斌院士認(rèn)為，該研究成果進(jìn)一步鞏固了我國(guó)在甘蔗前沿基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位，為推動(dòng)這一高復(fù)雜度基因組作物邁向“可設(shè)計(jì)育種”提供了通用技術(shù)路徑。（廣西日?qǐng)?bào)記者顧醒航 付瑋燁）
