多個小麥基因組揭示現代育種的全球變異

2020-12-04 科學網

多個小麥基因組揭示現代育種的全球變異

作者:

小柯機器人

發布時間:2020/11/27 13:55:57

加拿大薩斯喀徹溫大學Curt A. McCartney、瑞士蘇黎世大學Thomas Wicker、德國環境衛生研究中心Manuel Spannagl和加拿大農業和農業食品部Curt A. McCartney合作取得最新進展。多他們利用個小麥基因組研究揭示現代育種中的全球變異。這一研究成果發表在2020年11月15日出版的《自然》雜誌上。

他們生成十個六倍體小麥的染色體假分子和五個支架組裝體,以探索全球育種計劃中小麥品系之間的基因組多樣性。比較分析顯示,廣泛的結構重排,野生親緣種的滲入以及複雜育種史導致的基因含量差異,旨在改善對多種環境的適應性、穀物產量和品質以及對脅迫的抵抗力。他們提供了概述這些基因組效用的實例,包括涉及抗病性和與昆蟲抗性相關的Sm16的特性的詳細的多基因組來源的、核苷酸結合的富、含亮氨酸的重複蛋白庫。這些基因組組裝將為功能基因的發現和育種奠定基礎,以提供二代現代小麥品種。

據了解,基因組學的進展加快了幾種重要農業作物的改良速度,但小麥的類似研究則更具挑戰性。這主要是由於小麥基因組的大小和複雜性,以及缺乏多個小麥品系的基因組組裝數據。

附:英文原文

Title: Multiple wheat genomes reveal global variation in modern breeding

Author: Sean Walkowiak, Liangliang Gao, Cecile Monat, Georg Haberer, Mulualem T. Kassa, Jemima Brinton, Ricardo H. Ramirez-Gonzalez, Markus C. Kolodziej, Emily Delorean, Dinushika Thambugala, Valentyna Klymiuk, Brook Byrns, Heidrun Gundlach, Venkat Bandi, Jorge Nunez Siri, Kirby Nilsen, Catharine Aquino, Axel Himmelbach, Dario Copetti, Tomohiro Ban, Luca Venturini, Michael Bevan, Bernardo Clavijo, Dal-Hoe Koo, Jennifer Ens, Krystalee Wiebe, Amidou NDiaye, Allen K. Fritz, Carl Gutwin, Anne Fiebig, Christine Fosker, Bin Xiao Fu, Gonzalo Garcia Accinelli, Keith A. Gardner, Nick Fradgley, Juan Gutierrez-Gonzalez, Gwyneth Halstead-Nussloch, Masaomi Hatakeyama, Chu Shin Koh, Jasline Deek, Alejandro C. Costamagna, Pierre Fobert, Darren Heavens, Hiroyuki Kanamori, Kanako Kawaura, Fuminori Kobayashi, Ksenia Krasileva, Tony Kuo, Neil McKenzie, Kazuki Murata, Yusuke Nabeka, Timothy Paape, Sudharsan Padmarasu, Lawrence Percival-Alwyn, Sateesh Kagale, Uwe Scholz, Jun Sese, Philomin Juliana, Ravi Singh, Rie Shimizu-Inatsugi, David Swarbreck, James Cockram, Hikmet Budak, Toshiaki Tameshige, Tsuyoshi Tanaka, Hiroyuki Tsuji, Jonathan Wright, Jianzhong Wu, Burkhard Steuernagel, Ian Small, Sylvie Cloutier, Gabriel Keeble-Gagnre

Issue&Volume: 2020-11-25

Abstract: Advances in genomics have expedited the improvement of several agriculturally important crops but similar efforts in wheat (Triticum spp.) have been more challenging. This is largely owing to the size and complexity of the wheat genome1, and the lack of genome-assembly data for multiple wheat lines2,3. Here we generated ten chromosome pseudomolecule and five scaffold assemblies of hexaploid wheat to explore the genomic diversity among wheat lines from global breeding programs. Comparative analysis revealed extensive structural rearrangements, introgressions from wild relatives and differences in gene content resulting from complex breeding histories aimed at improving adaptation to diverse environments, grain yield and quality, and resistance to stresses4,5. We provide examples outlining the utility of these genomes, including a detailed multi-genome-derived nucleotide-binding leucine-rich repeat protein repertoire involved in disease resistance and the characterization of Sm16, a gene associated with insect resistance. These genome assemblies will provide a basis for functional gene discovery and breeding to deliver the next generation of modern wheat cultivars. Comparison of multiple genome assemblies from wheat reveals extensive diversity that results from the complex breeding history of wheat and provides a basis for further potential improvements to this important food crop.

DOI: 10.1038/s41586-020-2961-x

Source: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2961-x

相關焦點

  • ...最為全面的小麥基因組圖譜,揭示小麥現代育種進程中的遺傳變異
    該研究選取了全球小麥育種進程中具有代表性的16個品種進行全基因組測序,提供了迄今為止最為全面的小麥基因組圖譜,使從事小麥研究的科學家和育種家們快速鑑定與小麥產量性狀、抗病蟲害及其他重要農藝性狀相關的基因,從而為提高小麥的產量及病蟲害抗性等多方面的研究提供了極大的幫助。小麥是全球種植範圍最廣也是消費最多的一種主要糧食作物,為世界上三分之一的人口供給了主糧。
  • Nature | 迄今最為全面的小麥基因組圖譜,揭示小麥現代育種進程中...
    該研究選取了全球小麥育種進程中具有代表性的16個品種進行全基因組測序,提供了迄今為止最為全面的小麥基因組圖譜,使從事小麥研究的科學家和育種家們快速鑑定與小麥產量性狀、抗病蟲害及其他重要農藝性狀相關的基因,從而為提高小麥的產量及病蟲害抗性等多方面的研究提供了極大的幫助。
  • [重磅] Nature|一作解讀|10+小麥基因組項目:揭示全球小麥當代育種材料豐富的變異
    10+基因組團隊(http://www.10wheatgenomes.com/)在國際著名雜誌《自然》上在線發表了標題為「MULTIPLE  WHEAT GENOMES REVEAL GLOBAL VARIATION IN MODERN BREEDING」的最新研究成果, 揭示多個小麥基因組的結構和變異以及對當代小麥育種的影響
  • 中外科學家揭示玉米遺傳多樣性 有助現代育種
    中外科學家揭示玉米遺傳多樣性 有助現代育種   中新網深圳6月4日電(記者 鄭小紅)由冷泉港實驗室、加州大學戴維斯分校、深圳華大基因研究院、康奈爾大學、墨西哥國際玉米和小麥改良中心等全球17所科研機構合作完成的兩項玉米基因組學研究成果,4日在國際權威雜誌《自然-遺傳學》上同期發表。
  • 小麥育種 「骨幹親本」突破口找到了
    3000多個小麥品種中精選145份代表性品種進行重測序,揭示了其基因組重塑和優化的過程,為解析小麥育種「骨幹親本」找到了突破口。70年來我國育成了3000多個小麥品種,老一輩科學家從遺傳學角度總結了它們的形成和演變規律。但迄今,很少有研究從基因組學的角度來客觀闡述小麥育種規律。  團隊對145份不同時期小麥的代表性品種進行了重測序,構建了高密度的基因組變異圖譜,分析材料涵蓋了70年來主要的大面積推廣品種、骨幹親本和具有代表性的地方品種。
  • 農科院科研團隊揭示小麥品種基因組演變規律
    新京報訊(記者 周懷宗)隨著分子生物學的發展,育種技術正在從「技術加經驗」的育種模式,轉向基於基因測序的新型育種模式。近日,中國農科院相關課題組發現,小麥育種中,三個亞基因組間存在顯著的育種選擇非對稱性。該現象由中國農業科學院作物科學研究所小麥基因資源發掘與利用創新團隊發現。相關研究成果在線發表在《分子植物》上。
  • 科學網—全基因組測序重現小麥「家世」
    在短短幾千年裡,小麥便從起源地西亞的「肥沃新月地帶」擴展到全球不同的生長環境中,成為世界上種植範圍最廣泛的作物之一。 小麥是如何成功適應不同生長環境的?「祖先」小麥又是如何進化為現代小麥的?小麥遺傳學家不斷探索,試圖揭示小麥的「家世」。
  • 全基因組測序重現小麥「家世」—新聞—科學網
    在短短的幾千年時間裡,小麥便從起源地西亞的「肥沃新月地帶」擴展到全球各地不同的生長環境中,成為世界上種植最廣泛的作物之一。 小麥為何能如此成功的適應不同生長環境?「祖先」小麥又是如何進化為現代小麥的?小麥遺傳學家們不斷探索,試圖揭示小麥的「家世」。
  • 參透基因,育種走向「按圖索驥」
    通過比較核心種質與陸地棉野生種系全基因組功能基因SNP變異,首次發現23876個基因無任何SNP變異,表明這些基因在長期馴化過程中高度保守,33899和6957個基因分別表現為SNP變異數減少和增加,暗示這些基因應在育種改良中予以重點關注。 「一個基因,即一個DNA片段,可理解為一串儲存著生命孕育、生長、凋零的密碼。」
  • 魯非/焦雨鈴團隊合作通過全基因組測序重現小麥「家世」
    小麥是世界上最古老的、也是最重要的糧食作物之一。在短短的幾千年時間裡,小麥便從起源地西亞的「肥沃新月地帶」擴展到全球各地不同的生長環境中,成為世界上種植最廣泛的作物之一。小麥是如何如此成功的適應不同生長環境?「祖先」小麥又是如何進化為現代小麥的?小麥遺傳學家們不斷探索,試圖揭示小麥的「家世」。
  • 作物基因組學研究進展
    2.2小麥基因組研究小麥是全球最重要的糧食作物之一,小麥的穩產和增產對我國乃至全世界糧食安全的影響舉足輕重。近年來由於全球氣候變化、環境變化的影響,小麥生產面臨嚴峻的挑戰,對於小麥的育種和品種改良工作提出了新的要求。
  • 西藏半野生小麥基因組結構變異、起源與演化規律和高原適應性機制
    Nature Comm | 中國農業大學研究團隊揭示西藏半野生小麥基因組結構變異、起源與演化規律和高原適應性機制altitude of Tibetan semi-wild wheat的研究論文,從基因組水平上全面揭示了西藏半野生小麥基因組結構變異
  • 研究揭示六倍體小麥遺傳多樣性來源—新聞—科學網
    本報訊(通訊員李曉春、王學鋒 記者張行勇)7月12日,西北農林科技大學旱區作物逆境生物學國家重點實驗室研究人員在《基因組生物學》上發表研究論文,揭示出六倍體小麥遺傳多樣性來源於頻繁地與野生小麥的種內雜交以及與更遠緣野草的種間雜交
  • 作科所從全基因組水平揭示了lncRNA調控水稻重要農藝性狀變異的...
    來源:經濟日報近日,中國農業科學院作物科學研究所水稻優異種質資源發掘與創新利用創新團隊、作物基因組選擇育種創新團隊和華盛頓聖路易斯大學的肯·奧爾森(Ken Olsen)團隊合作完成了水稻(亞洲栽培稻)及其祖先種(普通野生稻)非編碼區長鏈非編碼
  • 分子育種與全基因組選擇育種
    1、什麼是分子育種?  所謂分子育種主要包含兩部分內容:一是分子標記輔助育種,二是基因工程或者叫轉基因。  其中,分子標記輔助育種是將生物技術與傳統育種技術相結合而形成的,在水稻、小麥、玉米、大豆、油菜等重要作物上,通過尋找與重要農藝性狀緊密連鎖的DNA分子標記,從基因型水平上實現對目標性狀的直接選擇,從而加快育種進程,提高育種效率,選育抗病、優質、高產的品種。
  • 中國誕生全球首張水稻全基因組育種晶片
    中國中化集團公司下屬中國種子集團有限公司聯合華中農業大學、北京大學近日共同研製出全球首張水稻全基因組育種晶片,將大幅提高種子真實性檢測準確性,有助提高育種效率,杜絕假種子危害。中種公司生命科技中心喻輝輝博士表示,目前業內判斷水稻種子真實性通常採用國標推薦的24個SSR標記檢測結果,而新的水稻基因晶片能用分布於全基因組的約5000多個位點來判斷,可使品種真實性檢測結果更加準確可靠。同時,該基因晶片在育種材料背景分析方面的優勢,能準確判斷育種中間材料的背景並對其精確控制,從而幫助育種家根據需要快速選擇材料特性,顯著提升水稻育種效率。
  • 【科研新進展】(36)康振生院士團隊在小麥抗旱基因克隆及功能研究...
    近日,植保學院康振生院士團隊在國際期刊Plant Biotechnology Journal在線發表了題為「Regulatory changes in TaSNAC8-6A are associated with drought tolerance in wheat seedlings」的研究論文,揭示了TaSNAC8-6A及其遺傳變異精細調控小麥抗旱性的作用機制
  • 我科學家攻克小麥赤黴病的關鍵基因
    日前,《科學》雜誌在線發表山東農業大學孔令讓教授團隊科研發現,他們從小麥近緣植物長穗偃麥草中克隆出抗赤黴病主效基因Fhb7,揭示了其抗病分子機制;攜帶該基因的種質材料被多家單位用於小麥育種,表現出穩定的赤黴病抗性。
  • 期末複習:生物變異、育種和進化
    (2)基因重組來源於減數分裂形成配子時,非同源染色體上的非等位基因的自由組合及同源染色體上的非姐妹染色單體的交叉互換。(3)染色體變異的實質是基因數目和位置的改變。4.三個概念:(1)染色體組是指細胞中的一組非同源染色體,它們在形態和功能上各不相同,攜帶著控制生物生長發育的全部遺傳信息。
  • 報告提醒|小麥基因組與分子育種講壇(二)「題目有更新」
    報告題目:泛基因組時代的同源基因推斷新策略及小麥族同源基因資料庫的構建報 告 人:郭偉龍副教授時 間:2020年9月24日 (周四)上午10:00承 辦:全國小麥基因組學與分子育種組委會騰訊會議,結合基因組學、生物信息學、表觀遺傳學的手段,開展一系列原創性研究。