谷子基因组结构图
谷子遗传连锁图
【科学网 高长安 全志武报道】近日，河北省张家口市农科院和深圳华大基因研究院联合成功完成谷子全基因组序列图谱的构建。该成果为研究人员全面探究谷子的遗传机制提供了基于基因组水平的新的研究思路，为揭示谷子抗旱节水、丰产、耐瘠和光合作用效率等生理机制的研究奠定了数据基础，并为高产优质、抗逆谷子新品种的培育提供了重要的指导意义。5月14该研究成果在国际著名杂志《自然-生物技术》 上在线发表。
谷子为重要的禾本科作物之一，其脱壳前被称为谷子，脱壳后被称为小米，是我国北方种植的重要粮食作物，在国家粮食生产和粮食安全中占有重要的地位。谷子是二倍体自花授粉作物，其基因组较小，具有丰富的遗传多样性，且种质资源保存较完整；此外，它还具有生育期短、适应性广、抗旱、耐瘠、行高效的C4光合作用途径等生理特征。这些特性使谷子能够成为基因组分析和研究的一个很好的新的模式作物。
在本研究中，科研人员通过新一代测序技术对一株来自中国北方的谷子品系进行了全基因组测序和从头组装，获得了谷子的全基因组序列图谱（组装得到的基因组大小约为423Mb，N50达到了1.0Mb）。通过基因组注释和分析发现，谷子基因组中的重复序列约占整个基因组的46%，大约含有38,801个蛋白质编码基因。
为了检测群体变异和构建遗传图谱，研究人员对另一谷子品系A2进行了重测序。经过对两个父本的杂交和两年的培育，研究人员终于获得大量的代个体，他们利用这些个体的遗传信息，对大量的遗传变异进行了检测和验证，并绘制了高精密度的遗传图谱。此外还利用这些信息对许多表型如杂种优势和其它与谷子分子育种密切相关的性状进行了深入的研究。
谷子和水稻大约在5000万年前开始分化，二者分化之后的基因组结构仍存在明显的共线性。在本研究中，研究人员发现谷子的2号和9号染色体分别由水稻的7号和9号、3号和10号染色体融合而成，同时发现这两次融合事件也发生在高粱的染色体中，由此，研究人员推测这两次染色体融合事件发生在谷子和高粱分化之前。此外，研究人员还发现了谷子独立分化出来之后的一次特异性染色体融合事件，即谷子的3号染色体是由水稻的5号和12号染色体或高粱的8号和9号染色体融合而成。这些染色体重组事件是物种遗传变异、特有的遗传机制形成及物种分化的重要基础。
华大基因该项目负责人张耕耘博士表示，谷子全基因组序列图谱的完成是进行比较基因组学和功能基因组学研究的非常宝贵的资源，目前已经把谷子基因组信息添加到整个禾本科的数据库中，希望能够为谷子基因组进化的进一步研究和分析提供有价值的科研依据。此外，谷子基因组数据为谷子的研究和改良提供了一个非常重要的工具， 也为如何应用基因组序列分析对其表型相关的遗传特性研究提供了参考。
张家口市农科院谷子研究所所长赵治海表示，目前张家口市农科院培养出来的杂交谷子品种最高亩产达到810公斤。此次张家口市农科院和深圳华大基因研究院成功完成谷子全基因组序列图谱构建后，双方已经着手谷子品种的进一步改良，计划用3-5年时间，使谷子亩产量超过900公斤。
