农学院焦晨研究员和康奈尔大学Zhangjun Fei教授等合作解析菠菜驯化历史与重要农艺性状的遗传基础

编辑: 时间:2021年12月15日 访问次数:688

20211213日,浙江大学农业与生物技术学院焦晨研究员和康奈尔大学Zhangjun Fei教授课题组等联合在Nature Communications发表了题为 “Genomic analyses provide insights into spinach domestication and the genetic basis of agronomic traits” 的研究成果。该研究通过比较基因组学和群体基因组学等手段揭示了菠菜这一重要园艺作物的演化及驯化历史,并利用所构建的高密度菠菜群体变异图谱对包括抗性和品质在内的20个重要性状进行了全基因组关联分析,获得了一系列与重要性状相关联的候选基因,为菠菜的抗病及品质改良育种工作奠定了基础。


菠菜是一种营养丰富的藜科绿叶蔬菜。与其它重要园艺作物相比,菠菜的抗病及品质改良育种工作一直严重滞后,这在很大程度上归咎于其基因组和群体遗传多样性相关数据的缺失。为此,该研究团队于2017年在Nature Communications上发表了一个菠菜的基因组草图和120份菠菜材料的转录组图谱。由于技术和材料(菠菜基因组杂合度和重复序列较高)的限制,该基因组仍处于草图水平。在本研究中,通过使用PacBioHi-C技术以及特殊的雌雄同株可自交菠菜,最终获得了一个高准确度的染色体水平参考基因组。团队重构了包括菠菜、甜菜和藜麦等重要藜科物种的祖先核型,发现菠菜在与祖先藜科物种分化后出现了大量的基因组重排,这与其基因组中富含高重复序列等特征相吻合。

研究团队收集并测序了来自世界范围的300余份栽培和野生菠菜,构建了一个高密度的菠菜基因组变异图谱,并利用群体基因组学深度解析了栽培和野生菠菜的遗传多样性和群体分化特点。同时本研究还通过对20个重要农艺性状的全基因组关联分析确定了一系列显著相关的区域和候选基因,为培育高霜霉病抗性和低草酸菠菜的育种目标提供了便利。此外,通过比较野生和栽培菠菜的遗传多样性,还发现了菠菜不同于其他作物的基因组驯化特点,并鉴定到了一些和菠菜驯化性状(如叶片表型、抽薹和开花)相关的受选区域,揭示了人工选择在菠菜表型/基因型进化中的重要作用。这项研究不仅加深了大家对菠菜进化和驯化的认识,也为菠菜育种改良提供了宝贵的资源。

浙江大学的焦晨研究员为本文的共同第一和共同通讯作者、康奈尔大学的Zhangjun Fei教授和上海师范大学的王全华研究员、王全喜教授为本文的共同通讯作者,上海师范大学蔡晓锋副教授、浙江农林大学孙学鹏教授和上海师范大学徐晨曦副教授为本文的共同第一作者。

图 菠菜霜霉病抗性的全基因组关联分析

 

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-27432-z