首個豆科綠肥作物染色體水平基因組組裝完成
2021年11月30日來源：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所
近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所肥料及施肥技術(shù)團隊完成首個豆科綠肥紫云英染色體水平參考基因組組裝，并利用比較基因組學(xué)解析了紫云英共生結(jié)瘤的遺傳基礎(chǔ)。該研究填補了豆科綠肥作物基因組學(xué)研究的空白，為豆科植物與根瘤菌共生提供了新的見解。相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物通訊（Plant Communications）》上。
據(jù)曹衛(wèi)東研究員介紹，紫云英（ Astragalus sinicus ）又名紅花草、翹搖等，原產(chǎn)于中國，屬于豆科黃耆屬作物，主要分布于中國、韓國、日本等東亞國家，是我國南方最重要的綠肥作物和覆蓋作物。利用冬閑稻田種植紫云英能夠增產(chǎn)節(jié)肥、合理利用光熱資源及改善生態(tài)環(huán)境，是維持和提高稻田可持續(xù)生產(chǎn)力的有效手段。紫云英也可作為牧草、蜜源、蔬菜、中藥等綜合利用。由于缺乏基因組信息，紫云英的遺傳學(xué)及共生固氮研究遠落后于其他豆科作物。
研究團隊運用第三代PacBio、二代Illumina技術(shù)及高通量染色體捕獲技術(shù)進行全基因組測序，基因組全長595 Mb，重疊群（Contig N50）為1.41 Mb，基因組骨架（Scaffold N50）為78.42 Mb；有575 Mb基因組序列被定位到8條染色體上，掛載率高達96.66%。基因組中含有59.84%的重復(fù)序列，紫云英長末端重復(fù)序列的數(shù)量和長度明顯擴增，導(dǎo)致紫云英基因組擴增。在進化過程中，紫云英與蝶形花亞科共有的全基因組復(fù)制事件中保留了關(guān)鍵的共生結(jié)瘤基因。查耳酮合成酶基因在紫云英等豆科物種中顯著擴增，且在紫云英根部富集表達，從空間上為紫云英成功結(jié)瘤提供了必要的類黃酮信號（圖1）。紫云英、苜蓿、大豆中抗病基因在根系中的表達高于根瘤，抗病基因在根系中的富集可能增強了根部的免疫，彌補共生過程中植物防御的減弱（圖2）。
該研究得到國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程、國家作物種質(zhì)資源庫綠肥分庫等項目的支持。（通訊員 金云翔）
圖1
圖2
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