小麦基因组测序 为第三代育种绘制“高清地图”

时间:2018-06-13 10:27:38  来源:科技日报  作者:俞慧友)

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小麦基因组测序 为第三代育种绘制“高清地图”

不久前,中国科学院遗传与发育生物学研究所发表于国际著名期刊《自然》的论文称,该所研究团队已完成小麦A基因组测序和染色体精细图谱绘制。


不久前,中国科学院遗传与发育生物学研究所发表于国际著名期刊《自然》的论文称,该所研究团队已完成小麦A基因组测序和染色体精细图谱绘制。这是继2013年,该团队成功绘制出小麦A基因组祖先种乌拉尔图小麦基因组草图并发表于《自然》之后,在此领域的又一项重大成果。

中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员凌宏清告诉科技日报记者:“世界三大粮食作物中,水稻和玉米基因组测序已相继完成,极大推动了这两大作物的基础和分子育种研究。但是,因小麦基因组的特殊性和复杂性,基因组测序研究进展缓慢,制约了小麦功能基因组学与品种改良研究。”

时下最“时尚”的小麦育种技术

随着全球作物育种技术的不断发展,育种家们已将“一条腿”跨入了第三代育种时代。

根据作物性状进行育种,如传统杂交育种,为第一代。采用这种方法,无需对作物的性状形成机理“知其所以然”,对性状进行直接选择。不过,困于作物性状受环境的影响,此种选择方法是对基因的一种间接选择,效果低,有时无法“幸运”地选择到可控制优良性状的基因。因此,育成一个品种往往需要较长时间。

第二代为分子标记育种。人们逐渐认识到作物性状由染色体上某段DNA序列来决定。研究人员便试图找到一些与性状紧密连锁的分子标记,在选育后代品种时对这些标记进行选择,最终实现对性状的定向选择。这种方法比第一代技术“靠谱”,但离精准“靶向”寻找优良性状基因,尚有差距。

时下最为“时尚”的则是基因组育种——分子育种。利用高通量测序技术对群体进行研究,可定位控制作物的某个目标性状基因,并通过序列辅助筛选,选育出新品种。

不过,要想实现基因组育种,必须对作物进行基因组测序。“有了基因组序列,就可开发大量分子标记,对重要农艺性状基因进行全方位鉴定。打个比方,有了它,就等于你手中有了一张详细的基因位点地图。根据地图,我们就很容易、快速、精准地找出控制某个性状的目标基因,并鉴定出它的优异等位变异。”凌宏清说。

庞大基因组成测序最大难关

小麦是世界上三大粮食作物之一,也是世界上栽培范围最广的作物,年产量超6.2亿吨,是世界上35%以上人口的口粮。它的持续增产和稳产,关系世界粮食安全。

“近十年来,我国与其他主要小麦生产国都出现了小麦单产增长变缓的情况,加之全球气候变化,小麦生产面临严重挑战。亟须在品种改良和育种上加大研究,满足实际生产需要。”中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员张爱民说。最能满足这一“亟须”要求的,无疑是基因组育种技术。不过,要想利用它,最难过的是基因组测序关。

世界上,存在着二倍体“一粒小麦”、四倍体“二粒小麦”和六倍体“普通小麦”等不同类型。其中,普通小麦对环境有更强适应性,也就成为了今天广泛栽培的小麦。

普通小麦由三个二倍体祖先种(A,B和D)经过两次天然异交并自然加倍而形成,是拥有42条染色体的异源六倍体物种。普通小麦基因组庞大,是人类基因组的5倍,水稻基因组的40倍。基因组结构也极为复杂,重复序列约占全基因组序列的85%—90%。基因组庞大、多倍化及高重复等特点,给小麦基因组测序和组装带来了极大挑战。

编辑: 谢珊


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