中国领衔全球最大植物基因测序

<正>迄今全球最大植物基因测序项目"3 000份水稻基因组研究"26日结出硕果———北京时间当天凌晨1点,国际顶级学术期刊《自然》正式发表《3010份亚洲栽培稻基因组研究》;由中国主导的此项国际间科研大协作,针对水稻起源、分类和驯化规律进行了深入探讨,揭示了亚洲栽培稻的起源和群体基因组变异结构,剖析了     

基于GBS技术开展柚类资源群体遗传评价并发掘酸含量相关基因

【目的】弄清我国柚类种质资源的起源与演化、群体遗传结构和多样性水平，高效利用柚类自然资源群体发掘与果实重要品质性状相关的基因，为柚类种质资源群体的遗传结构研究、起源演化和柚类种质创新提供重要的理论及实践依据。【方法】利用国家果树种质重庆柑橘资源圃中保存的具有广泛遗传多样性和不同地理来源的282份柚类资源作为材料，采用Eco R I限制性内切酶消化基因组DNA后构建GBS文库，然后进行Illumina HiSeq PE150二代测序获得短读序列，通过BWA软件将序列映射到柚参考基因组上，利用SAMTOOLS软件鉴定SNP位点。依据SNP的基因分型结果，进行主成分分析和群体结构分析,并采用邻接法构建系统演化树，分析亚群的遗传多样性水平。选择23个低酸种质和32个高酸种质构成两个群体进行Fst、XP-CLR分析，同时利用282个柚类种质的基因型数据与果实可滴定酸含量的表型数据进行GWAS全基因组关联分析。【结果】利用GBS简化基因组测序技术对282份柚类种质进行测序，获得201.66 Gb的原始测序数据，每个样本的平均测序数据量为0.72 Gb，经过测序深度为5×次要等位基因频率>0....     

抗松材线虫病马尾松种质资源遗传多样性分析及核心种质构建

【目的】对来自安徽省林业科学研究院和异地保存在浙江省临海市林业技术推广和场圃旅游服务总站的114份抗松材线虫Bursaphelenchus xylophilus病马尾松Pinus massoniana种质进行遗传多样性与群体结构分析,构建抗性马尾松核心种质库。【方法】对114份抗性马尾松种质进行检测,使用分子生物学软件计算遗传多样性参数,并进行主坐标(PCoA)和群体结构分析。利用M策略和随机取样策略分别构建核心种质,分析不同核心种质的的遗传多样性参数,确定最适合的构建方法。【结果】114份抗性马尾松种质共检测到115个等位基因,平均有效等位基因数(N_e)为5.54,平均Shannon’s多样性指数(I)为1.51,平均多态信息含量(P_IC)为0.90,结果表明其具有较高的遗传多样性水平。群体结构分析将114份抗性马尾松种质分为4个亚群,主坐标分析结果与上述基本一致。根据遗传多样性参数和抽样数量综合考虑,M策略构建的核心种质能以最小的种质数保留原有种质最大的遗传多样性,为最佳的取样策略。利用该策略得到了72份核心种质,其保留了原有种质100%...     

水稻核心种质育种体系的构建

回顾中国超高产水稻育种概况,将中国的超级稻育种分为超高产水稻育种和超级稻育种两个阶段。构建水稻核心种质育种体系,从理论体系和育种材料体系两个方面进行论证。水稻核心种质育种体系是水稻育种理论与实践结合的产物,水稻核心种质是指具有某些优良性状的育种材料中,控制某些优良性状的特殊基因群体或基因系统,在品种改良过程中,它能够沿着育种目标置换和扩充基因群体,直至全面符合育种目标。建设水稻核心种质育种平台(产量性状育种研究部分),从水稻核心种质的遗传演变和理想遗传模型研究、影响产量基因的分子育种、栽培稻和野生稻高产基因的发掘、根系生物学育种研究4个方面展开遗传育种探索。     

安徽农业大学农学院水稻分子设计育种团队揭示亚洲栽培稻基因功能单倍型自然变异特征

正水稻种内极为丰富的遗传变异是遗传改良的基础。2018年,中国农业科学院作物科学研究所牵头安徽农业大学等多家单位完成了"3000份水稻基因组计划",揭示了水稻核心种质的基因组多样性。然而,作为水稻种内遗传多样性最重要的方面—基因编码区(CDS)的功能单倍型在水稻种质资源中的变异特征尚不清晰。     

中国栽培大豆(Glycine max (L.) Merr.)微核心种质的群体结构与遗传多样性

【目的】评价中国栽培大豆微核心种质的群体结构和遗传多样性水平,为拓宽大豆遗传基础、发掘优异基因、改良大豆品种提供理论依据。【方法】利用大豆20个连锁群上的100个SSR位点,对来自全国28个省补充完善的248份栽培大豆微核心种质进行SSR遗传多样性及群体结构分析;采用PowerMarker Version 3.25软件统计等位变异数、平均等位变异数、多态性信息量(PIC值)及亚群特有等位变异数等参数;基于遗传距离建立了栽培大豆微核心种质的无根Neighbor-Joining树;用Structure2.2软件对微核心种质的群体结构进行评价。【结果】100个SSR位点在248份材料中共检测出等位变异1460个,每个位点变异范围为2—33个,平均为14.6个,每个位点PIC值变异范围为0.158—0.932,平均为0.743。基于模型的群体结构分析显示,依据LnP(D)无法判断最佳K值(群组数),但通过计算系数ΔK发现,K=3为微核心种质的最佳群体结构。结合种质的生态类型及品种类型分析发现,地理来源相同的种质具有聚在一起的倾向,但来源相同的种质也有分在不同组的情况。不同生态类型及品种类型间均存在较多的互补等位变异和特有等位变异。【结论】中国栽培大豆微核心种质具有丰富的遗传多样性,可以用来拓宽大豆品种遗传基础;不同生态类型及品种类型间存在较多的互补及特有等位变异,是种质创新及品种改良的物质基础;栽培大豆微核心种质存在明显的群体结构,为微核心种质在育种中的直接或间接利用提供了理论依据。     

黑龙江省杂草稻与栽培稻的生物学多样性初步研究

通过对50份杂草稻和18份栽培稻的9个农艺性状的遗传多样性及其变异关系的研究,结果表明:杂草稻株高、穗长、平均穗粒数、结实率、芒长、芒色、粒色等植物学特性均较栽培稻变异大。Neis遗传多样性值(h)明显高于栽培稻,表明杂草稻比亚洲栽培稻具有更丰富的遗传多样性。     

栽培小豆种质资源遗传多样性SSR标记分析

利用7对SSR引物对来自中国、日本、韩国、不丹、越南等5国的104份栽培小豆种质资源基因组DNA进行扩增分析。共获得了44条多态性带,平均6.29条。104个小豆种质材料以遗传相似系数0.28为阀值,聚类分析将104份栽培小豆种质材料分为14大类,结果表明中国西南地区的栽培小豆种质存在较丰富的遗传多样性;初步认为中国西南地区可能是小豆的一个起源中心和遗传多样性中心。同一地域或气候相似地区的材料聚为一类,说明供试材料遗传背景与其原产地背景有一定关联性。     

稻作遗传育种前沿难题在云南攻破

<正>以云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所曾亚文研究员为首的"云南稻种矿质元素和抗逆特性及其系统地理学研究"课题组,攻克稻作遗传育种学科前沿问题,系统证实了云南是亚洲栽培稻籼粳遗传分化中心、起源演化和多样性形成中心。该研究取得的一系列     

油料树种千年桐的SSR标记开发、遗传多样性与群体结构分析

  目的  千年桐是大戟科油桐属的一种重要的工业油料树种，较同属的油桐具有更强的抗枯萎病能力，近年来受到了广泛关注。然而，因千年桐栽培历史短及种质管理的不足，目前对其分子遗传方面的研究还非常有限。本研究旨在开发千年桐的基因组SSR标记，进而开展其种质的鉴定、遗传多样性与群体结构分析。  方法  采用RAD测序技术获得千年桐简化基因组以开发SSR标记，基于SSR标记利用分子变异分析（AMOVA）、非加权组平均法（UPGMA）聚类、主坐标（PCoA）与群体结构分析等方法对来自3个不同地理分布的共105份千年桐种质资源进行研究。  结果  17个多态性的三核苷酸基因组SSR标记被开发，并能够很好地鉴别所有收集的105份千年桐种质。在其中62份种质中检测到85个私有等位基因，涉及15个SSR位点。AMOVA分析发现，千年桐群体间呈现出中等程度的遗传分化，但群体内的遗传变异远高于群体间的遗传变异。群体结构分析显示，3个来自不同地理分布的千年桐群体中存在4个不同的基因库，群体间既有进化独立性，又有较高程度的遗传混合，这一结果与UPGMA和PCoA分析的结果基本一致。  结论  新开发的17个SSR标记有效鉴定了105份千年桐种质，揭示了其遗传多样性和群体遗传结构，对千年桐种质保存和育种计划具有非常重要的参考价值。      

基于基因组数据库的杂草稻叶绿体分子标记开发

[目的]杂草稻的起源与演化是一个未澄清的热点问题,分子标记技术是最重要的研究手段之一。由于已经应用的分子标记数量有限,与栽培水稻缺乏特异性,因此探索新的分子标记仍然十分必要。[方法]使用网络基因组数据库中13份栽培水稻和野生稻叶绿体全基因组序列进行比对和分析,针对其中的高频变异区域设计标记引物,进而对60份杂草稻样品的标记区域测序并进行多态性验证。[结果]13份样品叶绿体全基因组中存在1020个单核苷酸多态性(SNP)位点,111个插入/缺失(InDel)位点,表现出丰富的遗传变异;选定其中3个高频变异区域,分别针对trnG-trnfM基因间区、psbM-trnC基因间区和trnT-trnL基因间区设计了3对引物,对60份杂草稻材料进行了检测,发现3个片段总长1966bp,共存在7个SNP位点,6个InDel位点,总变异序列长度为34bp,占序列总长的1.73%。系统发育树结果显示,60份杂草稻被划分为4个类群。另外,将网络数据库中的13份栽培水稻和野生稻数据进行分析,发现不同栽培稻和野生稻的籼粳类型分别被聚到杂草稻的相应类群中。[结论]所开发的3对叶绿体分子标记可以对上述杂草稻进行良好的分类,因此可以作为研究杂草稻遗传多样性及演化的分子标记。     

基于33个遗传多样性水稻材料的泛基因组分析揭示“隐藏”的基因组变异

【目的】基因组结构变异(SV)和基因拷贝数变异(g CNV)是动植物中主要的遗传变异来源,全面准确地鉴定和分析SV和g CNV对挖掘优异等位基因、保障水稻粮食安全具有重要意义。【方法】利用长片段测序数据和基因组装方法(HERA),对31个具有遗传多样性的水稻栽培稻进行了高质量基因组组装,结合日本晴和蜀恢498高质量基因组,进行了系统的基因组比较分析。【结果】共鉴定到171 072个非冗余SVs和25 549个g CNVs,其中82.8%的PAV未在先前基于短序列测序数据获得的PAV中鉴定到。利用非洲栽培稻CG14作为外群,对发生在亚洲栽培稻群体的SV(d SV)进行了推断,发现大多数d SV位于基因非编码区,以及泛基因组中50%(32 668)基因上下游2 kbp区域在32个亚洲栽培稻种至少有一个d SV。进一步结合转录组数据分析发现SVs和g CNVs对调控基因表达量对具有重要作用。对SV形成机制分析发现,SV主要由TEI(转座子插入)和NHEJ(非同源末端连接)两种机制形成,但不同类型SV的主要形成机制有所不同。该研究还构建了水稻中首个图形基因组,结合674份材料的二代测序和叶片早衰数据,发现17.5%的SV与其附近SNP的连锁度非常低,GWAS分析发现一个与叶片早衰显著相关的位点只能被SV检测到。相关研究成果以"Pan-genome analysis of 33 genetically diverse rice accessions reveals hidden genomic variations"为题于2021年5月发表在国际期刊Cell。【结论】提供了一个高质量泛基因组水平的基因组变异资源,将促进水稻的功能基因组和进化生物学研究、优异基因资源发掘和水稻育种。     

苦荞起源传播驯化路线图厘清:中国西南居中心位置

正中国农科院作物科学研究所特色农作物优异种质资源发掘与利用创新团队牵头,联合国内外10余家科研机构,对来自14个国家的510份苦荞核心资源进行全基因组重测序,构建了苦荞基因组变异图谱,揭示了苦荞的起源和传播驯化路径,明确了我国西南地区作为全世界苦荞多样性中心和栽培苦荞起源驯化中心的独特地位,     

基于叶绿体基因的文冠果遗传多样性及其遗传结构

为深入了解当前文冠果栽培群体和野生群体共存格局下的遗传多样性及其引种迁移格局变化,基于叶绿体测序分析数据,采用变异检测、多态性分析、单倍型分析、亲缘关系分析、Structure分析和主成分分析等方法,对9个野生群体和7个栽培群体共172个文冠果优树进行遗传多样性及其遗传结构研究。研究结果,为成功测序组装172个文冠果优树叶绿体基因组,均为典型的四分结构,基因组长度略小于参考叶绿体基因组,基因类别及数量与参考叶绿体基因组相当;共计检测到6类突变、52 460个SNP位点;其遗传多态性处于中低水平,各群体之间的遗传分化水平相对较低;多种分析方法得出的群体结构与单倍型分析结果基本一致,将16个群体分为4个组,根据地形位置可以划分为西部、中部、东北部和东南部。总体来说野生资源多样性较高,而栽培资源多样性较低。在当前野生群体与栽培群体共同存在的格局下,应优先保护野生群体,重点保护部分优株群体,可促进文冠果种质资源的有效保护与高效利用。     

鲜食玉米遗传多样性及核心种质构建

利用30个SSR位点,考察由50份地方种和298份自交系组成的玉米初级核心种质的遗传多样性,并进行核心种质的构建。结果表明,该初级核心种质有较高的遗传多样性,平均每个SSR位点上有6.1个等位变异,遗传多样性指数为0.65。通过遗传结构分析发现将玉米分为甜玉米、糯玉米、甜糯玉米及普通玉米等传统分类不能代表玉米资源的真实遗传结构。通过比较随机取样、聚类取样的效率,等位变异保留比例、基因多样性指数与群体大小之间的关系,确定以遗传结构分组,采用聚类取样,取样比例为40%,构建核心种质。核心种质包含139份材料,等位变异保留比例为96.4%,基因多样性指数为0.66。     

基于淀粉合成基因TRAP标记的甘薯种质资源遗传多样性分析

为探究淀粉合成相关基因在甘薯种质资源中的遗传多样性,通过对锚定引物的筛选构建了基于淀粉合成基因的TRAP分子标记技术,并对59份不同作用类型的甘薯种质资源进行遗传多样性分析。TRAP分子标记筛选结果表明:SAI/me2、AGPase/em4和β-Amylase/me2这3对引物组合在分子标记中存在较为丰富的多态性片段,结果重复性好,可作为TRAP分子标记;其中,AGPase/em4分子标记的区分能力最强,能将59份甘薯资源进行较好的区分。甘薯种质资源遗传多样性分析结果表明:不同类型的甘薯种质资源之间无明显的遗传群体区分。研究表明,甘薯基因组为六倍体起源,其淀粉合成相关基因存在多基因遗传作用,在不同甘薯种质资源之间存在一定的遗传差异,因而可以开发成有效的分子标记。     

云南水稻种质资源的遗传多样性及群体结构分析

利用SSR分子标记对覆盖云南16个州(市)的908份水稻种质资源进行遗传多样性及群体结构分析。结果表明,22对SSR标记共检测到193个等位基因,每对标记的等位基因数为4～18,平均8.78;主要等位基因的频率为0.204 8～0.794 1,平均0.380 3;基因多样性指数为0.347 7～0.887 6,平均0.730 7;多态信息含量为0.320 2～0.877 7,平均0.698 6。以地理来源进行分类并分析其遗传多样性,结果表明,云南水稻种质资源在不同州(市)间的遗传差异较大,其中普洱市水稻种质资源的多态性位点数、多态性位点百分率、观测等位基因数、有效等位基因数、Nei’s遗传多样性及Shannon’s指数最高,而迪庆州和楚雄州相对较低,说明普洱市水稻种质资源的遗传多样性最丰富,而迪庆州和楚雄州相对较低;遗传距离和遗传一致度分析表明,普洱市与西双版纳州水稻种质资源的遗传距离最小、遗传一致度较高,亲缘关系最近,而昆明市与楚雄州水稻种质资源的遗传距离最大、遗传一致度较低,亲缘关系最远。遗传分化分析显示,908份水稻种质资源的遗传变异主要来源于种质内个体间,且种质间的基因流为2.838 8,该值大于1,说明云南水稻种质资源间存在频繁的基因交流现象;NJ聚类分析、PCA主成分分析及Sturcture群体遗传结构分析均将供试材料分为2大类群,其中NJ聚类分析和PCA分析又在2大类群的基础上分为4个亚群,908份云南水稻种质资源并没有按照地理来源进行聚类,交错分布于各个类群中。表明云南水稻种质资源具有极其丰富的遗传多样性,且不同州(市)水稻种质资源的遗传差异较大,将为今后水稻新品种选育提供宝贵的资源材料。     

生姜种质遗传多样性和亲缘关系的SRAP分析

【目的】生姜为无性繁殖作物,千百年来,在经历气候变迁、自然选择和人工选择过程中,其生物学性状呈现出多方面变异,造就了许多地方品种。因此,研究生姜种质资源的遗传多样性及亲缘关系,对生姜资源进行科学分类,为生姜种质的收集、保护和创新利用提供理论依据。【方法】采用CTAB法提取生姜幼叶基因组DNA,利用SRAP（相关序列扩增多态性,sequence-related amplified polymorphism）分子标记技术,对来源于世界不同地区的51份生姜种质的基因组DNA进行多态性扩增,PCR产物采用6%变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离,采用银染法显色。根据电泳结果得到“0,1”矩阵,利用POPGENE version1.32软件计算每对引物的多态性位点数、多态性位点百分率,以及有效等位基因数Ne、Nei’s遗传相似系数（GS）、遗传距离（GD）、Nei’s遗传多样性指数、Shannon信息指数等指标,并采用NTSYS version2.10e软件进行种质间的UPGMA（非加权组平均法,unweighted pair-group method）聚类分析和基于Nei’s遗传距离的组群间的聚类分析,对生姜资源进行分类;同时,根据不同生态区之间生姜种质资源的遗传多样性和亲缘关系,结合植物起源中心相关特性及历史记载,探讨生姜的起源与传播。【结果】筛选出的15对引物共扩增出305条带,其中188条为多态性条带,多态性比率为61.68%,平均每对引物扩增出20.33个位点和12.53个多态性位点,说明生姜的遗传变异较为广泛。51份生姜种质的Nei’s遗传多样性指数、Shannon信息指数平均值分别为0.3689、0.5510,据此可将生姜种质分为3个大类、9个亚类,分析比较发现,每一类的生姜多来源于相同或相近区域。进一步研究表明,7个不同地理来源群体的Shannon信息指数范围是0.2901-0.4807,在遗传相似系数为0.9时,可将7个群体分为4类,华北群体、非洲群体各为一类,东南亚群体与日韩群体为一类,东南沿海群体、西南高原群体、华中群体为一类。【结论】品种间基于Nei’s遗传多样性指数和Shannon信息指数的分析表明,生姜虽为无性繁殖作物,但其遗传多样性较为丰富;根据遗传相似系数的UPGMA聚类分析结果,生姜种质资源的遗传多样性受地理来源影响较大;群体间遗传多样性分析表明,中国国内群体的遗传多样性高于国外群体,尤其华北群体与其他群体的遗传距离较远,且其栽培历史悠久,可以判定中国华北地区是生姜的次生起源地;而鉴于非洲群体的遗传多样性指数较高,与其他群体的遗传距离较远,且空间分布距中心位置较近,又有野生种存在,据此推断非洲可能是除东南亚之外的另一生姜原生起源地。     

杂草稻分类及起源研究进展

杂草稻已成为影响全球水稻生产的恶性杂草.关于分类及起源一直是杂草稻研究的热点问题,但至今尚无定论.杂草稻是指在人工栽培稻田中或稻田周边耕地里,通过种子落粒等对自然环境的极强适应能力而自然繁衍其群体,对稻田生态系统产生不利影响的稻属植株或群体.一般可根据形态特性、籼粳亚种属性、栽培型和野生型对杂草稻进行分类.杂草稻可能起源于栽培稻与野生稻的基因渐渗、籼粳亚中间杂交和栽培稻种间杂交,部分杂草稻可能是普通野生稻演化成原始栽培稻的过渡形态,栽培稻与杂草稻自然异交可产生更多的杂草稻类型.因此,提出了杂草稻分散起源的假说,认为杂草稻很可能是多次起源,而且杂草稻在不同地区可能是分散起源.对利用籼粳基因组分化和稻属驯化相关基因研究杂草稻起源的可行性及重要意义进行了分析.     

水稻核心种质的构建策略研究

以包括34项质量性状和15项数量性状数据的丁氏收集稻种资源中的2262份为供试材料,采用3种抽样方法、3种类型的性状数据、8种系统聚类方法和调整的欧氏距离构建巢式核心种质,以确定一种最佳的核心种质构建策略。结果表明,抽样比例在2.2%～9.9%之间的核心子集已足以保持原群体最大程度的遗传多样性。整合的质量数量性状构建的核心子集遗传多样性最大,优于仅由数量性状或质量性状构建的核心子集。采用优先取样结合多次聚类随机取样法,结合可变类平均法或类平均法构建的效果最好,由此得到150份核心种质,占原群体的6.6%。对核心种质的评价与验证表明,核心种质绝大部分性状的Shannon-Weaver多样性指数均大于原群体,其表型频率方差均小于原群体,表型保留比例均达到100%,大部分数量性状的均值与原群体无显著差异,最大值、最小值、极差与原群体完全符合。150份核心种质较好地保存了原群体的遗传多样性和遗传结构。