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44個高粱重測序研究再獲突破 助力糧食作物抗病育種研究

來源:發布時間:2017-01-11

世界上最具有農業和經濟價值的物種是谷類作物,主要包括小麥,大麥,玉米,水稻和高粱,全世界有超過2/3的人口以這些谷物為主糧。然而,各種病原菌的存在對糧食作物的生産造成了巨大的挑戰,這也嚴重影響到了人類的糧食安全。世界上30%以上糧食産量的損失是由于病原菌的侵害造成的,尤其在發展中國家,病原菌爆發對糧食産量的影響更加顯著。

對于減少病原菌影響,最有效可行的策略就是種植含有抗病遺傳背景的品種;因此,幾乎在所有的植物育種程序中,對抗病性的選擇都是一個重要的組成部分。在所有的抗病基因中,核苷酸結合位點加上亮氨酸重複基因(NBS-LRR),是植物中最大,最廣泛,最古老的基因家族。這些基因與各種病原菌的識别、應答有關,包括細菌,病毒,真菌,線蟲,昆蟲和卵菌。所以,研究抗病基因(NBS gene)對提高糧食産量,解決人類的糧食安全問題具有非常大的促進意義。

本研究中,研究人員利用同源預測的方法在高粱基因組中鑒定了346個抗病基因(NBS GENE),以多态性統計參數(θπ,θw)為基準發現抗病基因的多态性要顯著高于其他基因,其中38個基因受到純化選擇,23個基因受到平衡選擇,這樣的發現為古老的祖先基因趨向于富集在基因組受到選擇的區域提供了新的證據。同時發現,NBS編碼基因也顯著富集在真菌抗病QTL的區域,該類基因的多态性受到生物脅迫抗病QTL類型的影響。此外,研究人員以高粱基因組為參考繪制了高粱、玉米、水稻的共線性區域圖譜,為鑒定這三個物種的同源基因提供了有力的幫助。

在此之前,大部分基因組重測序研究都是基于整個基因組的水平描述各種變異的結果,包括SNP, Indel, CNV, PAV等等,而44個高粱重測序的第二篇研究發現則利用群體遺傳學的方法,對抗病基因的分子進化曆程進行了非常深入的分析,得出抗病基因的适應性是由多個進化過程驅動的結論,為重測序研究的分析與闡釋提供了分子進化角度的全新視角。

該項目的第一篇主文章于2013年8月28日發表在Nature Communications雜志,主要對高粱複雜的群體結構和改良馴化事件進行了深入的研究。

此外,該項目的後續分析仍在繼續開展。随着大規模重測序數據的産出與發表,本次項目負責人太帥帥表示,“希望通過對高粱重測序數據的多角度深入分析,為重測序數據的分析與發表提供一個完整的範例;通過對生物學問題的深入探讨,為育種家提供有用的遺傳信息,加速分子育種的進程。”


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