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世界首個棗全基因組測序完成

  • 發佈時間:2014-11-26 10:31:23  來源:國家林業局網站  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  中國綠色時報11月26日報道(記者 焦玉海通訊員陳列) 國際權威科學雜誌《自然通訊》日前線上發表了以河北農業大學教授劉孟軍為通訊作者的棗基因組測序重大研究成果,標誌著我國在世界上率先完成了棗樹的全基因組測序,棗樹也成為世界鼠李科植物和我國乾果樹種中第一個完成基因組測序的樹種。

  2010年,劉孟軍帶領其棗研究團隊,在20多年科研積澱基礎上,開始了自己的棗樹“探月工程”。項目啟動前,國內外有關棗樹基因組測序的基礎工作還非常薄弱,甚至連棗樹基因組究竟有多大都還不清楚,更沒有可用於基因組輔助組裝的近緣植物基因組序列和棗的高密度遺傳連鎖圖譜。劉孟軍棗研究團隊幾乎是從零開始艱難的棗基因組計劃,從棗基因組大小測定和高密度遺傳圖譜構建等點滴開始,有效克服了高度複雜的棗基因組的測序、組裝和填圖補洞等一道道難關,成功完成了對我國著名棗品種“冬棗”的全基因組測序。

  項目組裝出的高品質棗基因組序列,總長達4.38億個鹼基、達到棗估測基因組大小的98.6%,並且將其中80%的鹼基錨定到了棗的12條假染色體上;預測出32808個蛋白質編碼基因,從中發現了大量的棗特色基因;特別是在第一號染色體上,發現了一段與棗樹獨特生物學性狀(抗逆性強和含糖量高)密切相關的高度保守區域,為揭示棗特殊生物學性狀的分子機制奠定了基礎。研究還發現,棗的基因組在歷史進化中經歷了複雜的染色體斷裂、融合及片段重組過程,但卻沒有發生最近一次的全基因組複製事件。

  項目在完成基因組測序組裝基礎上,對棗樹的多個特殊和優異性狀的形成機制進行了深度研究。棗果是世界上已知維生素C(Vc)含量最為豐富的果品之一,高出蘋果數十倍,也遠超過以富含Vc著稱的柑橘,甚至超過有“Vc王”之稱的獼猴桃,但棗果為何能夠大量積累人體必需卻不能合成的重要營養素Vc,一直是個謎。項目通過比較基因組研究,結合果實發育期轉錄組測序和Vc代謝的深入分析,首次發現棗果同時具有柑橘和獼猴桃兩種積累Vc的分子機制,這樣一種高效積累Vc的機制在其他果樹上尚未見報道。

  此外,本研究還通過比較基因組、轉錄組測序和大量的室內外分析,深入揭示了棗果大量積累糖分、結果枝自然脫落習性(“落枝歸根”而非“落葉歸根”)及棗樹極強的耐鹽抗旱特性等優異性狀形成的分子機制。研究對揭開棗樹進化和生長髮育之謎、加速棗樹分子育種、推動棗業現代化和國際化將産生重大影響,對鼠李科乃至其他果樹和木本植物的分子遺傳改良也具有十分重要的理論借鑒和潛在應用價值。

  棗樹是我國栽培歷史最為悠久、最具民族特色優勢的果樹之一。棗樹原産我國黃河中下游地區,已有7000多年的栽培歷史,現遍及除黑龍江和西藏外的幾乎所有省市,栽培面積達到3000萬畝,接近蘋果和柑橘兩大主栽果樹,年産量600萬噸,在乾果中居第一位。我國棗樹的栽培面積和産量均佔到世界的99%。棗産品還是我國最具國際競爭力的果品和滋補食品之一。目前,棗産業已成為全國2000萬農民的主要經濟來源。此外,棗樹具有極強的抗鹽鹼、抗乾旱和耐瘠薄能力,在我國廣大山、沙、鹼、旱地區發揮著難以替代的作用。

  項目得到了國家科技支撐、國家自然科學基金、河北省巨人計劃、河北省高端人才計劃、河北省科技支撐計劃等多個項目的大力支援。今年9月,劉孟軍棗研究團隊被中組部、中宣部、人社部和科技部四部委評為“全國專業技術人才先進集體”。

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