地区：上海市 宝山区
关键词：中国农业科学院蔬菜花卉研究所;中国农业大学
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000004573
成果描述：
| 蔬菜在国民膳食营养结构中占有非常重要的地位，保障优质蔬菜供给是重大民生问题，优良品种培育是发展瓶颈。蔬菜作物育种水平与粮食作物相比差距很大，主要原因是遗传研究基础薄弱，大部分蔬菜没有完整遗传图谱。基因组是一个物种所有遗传信息的总和，染色体是遗传物质的载体。因此，认识蔬菜作物基因组和染色体的结构特征和进化规律，是遗传改良的科学基础。在蔬菜种植面积中，果菜和叶菜占2/3,该项目以这两类蔬菜的代表性作物黄瓜（葫芦科）和白菜（十字花科）为主要研究对象，率先采用新一代测序技术绘制了其基因组图谱。在该基础上，系统研究了其基因组和染色体的结构和进化。主要成果如下：1.结构特征。发现黄瓜基因组内高度重复卫星序列集中分布于着丝粒和端粒，形成了染色体的核型特征，无近期全基因组复制且串联重复基因少，导致基因冗余较少（仅23,248)。发现白菜有近期的全基因组复制，相对于同属模式物种拟南芥发生了基因组三倍化，导致白菜基因数目较多（41,174)。2.进化规律。构建了瓜类作物比较基因组图谱，发现染色体融合是黄瓜和甜瓜物种分化的原因，并首次在植物中发现染色体着丝粒“位移”现象。构建了白菜-拟南芥基因组共线性图谱，首次揭示了祖先多倍体基因组在二倍体化中存在优势亚基因组，也为研究其它作物的全基因组复制提供了新知识。3.遗传图谱、基因组数据库和基因家族分析。构建了两种蔬菜的饱和遗传图谱和共享数据库，推动了葫芦科和十字花科作物的遗传育种研究。系统研究了重要基因家族的分布、进化和表达等特征，发现黄瓜与抗病性相关的脂氧合酶基因、白菜激素合成和环境适应相关基因家族在基因组中富集，并发掘了黄瓜抗黑星病和白菜开花基因，为后续基因功能研究和分子育种奠定了基础。基于该项目，研究团队在Nature Genetics、PNAS等学术期刊发表主要论文20篇，被Science和Nature Genetics等SCI刊物总引1539次，他引1153次，其中8篇代表作SCI总引1,172次，他引854次。Nature Genetics以“Cool as a cucumber”为题的专评（Editorial)高度评价了代表性论文1,称“黄瓜基因组研究成果对研究植物进化具有重要的作用，并为将来通过分子标记辅助选择培育高产、抗病和优良风味的瓜类新品种奠定了基础把论文2列为研究亮点，称“为研究白菜基因组进化与遗传研究提供了非常有价值的资源”。Nature China也把关于着丝粒位移的论文3列为研究亮点。所建共享数据库中，仅白菜基因组数据库4年内就被访问7万多次。培养了多位从事蔬菜基因组学与生物信息学人才，包括国家973计划首席科学家1名、国家自然科学基金委“杰青”2名和“优青”1名，国家百千万人才工程人选2名。综上所述，该项目解析了黄瓜和白菜两个代表性蔬菜作物的基因组和染色体的结构特征和进化路径，建立了共享的遗传研究体系，确立了中国在该领域的国家优势地位，对提高蔬菜作物遗传育种水平具有重要意义。 |
