燕麥（Avena sativa L., 2n = 6x = 42, AACCDD）作為谷物中最好的營(yíng)養(yǎng)食品之一，因富含蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸及可溶性膳食纖維而廣受消費(fèi)者青睞。7月18日，Nature Genetics在線發(fā)表了題為Reference genome assemblies reveal the origin and evolution of allohexaploid oat的研究論文。該研究發(fā)布了栽培六倍體裸燕麥及其二倍體和四倍體祖先的高質(zhì)量參考基因組，并探索了六倍體燕麥的起源與亞基因組演化。該研究由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、吉林省白城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所以及四川大學(xué)等高校和科研院所合作完成。

 

　　項(xiàng)目組選擇來(lái)自裸燕麥起源中心的傳統(tǒng)地方品種“三分三”為材料，基于1028 Gb的三代超長(zhǎng)序列，并使用650 Gb的二代數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，組裝了10.76 Gb的染色體級(jí)別的高質(zhì)量燕麥參考基因組，其中contig N50（75.27Mb）、LAI（18.34）、BUSCO（99.44%）。為了更好地闡明六倍體燕麥的多倍化歷史，該研究對(duì)其最可能的祖先物種A. longiglumis（2n=2x=14，AlAl）和A. insularis（2n=4x=28，CCDD基因組）同時(shí)進(jìn)行測(cè)序和組裝。與禾本科的比較基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，燕麥族和小麥族之間的分化發(fā)生在稻族形成之后，且基因組中存在大量染色體重排事件。

 

　　為了揭示六倍體栽培燕麥的起源與進(jìn)化，科研團(tuán)隊(duì)選擇能代表燕麥屬所有基因組亞型和不同倍性水平的物種進(jìn)行基于全基因組重測(cè)序、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和葉綠體基因組測(cè)序，揭示了燕麥屬物種的網(wǎng)狀進(jìn)化模式。現(xiàn)有的ACD基因組六倍體栽培燕麥?zhǔn)且訟l/As基因組二倍體祖先為父本、CD基因組四倍體A. insularis為母本雜交加倍后形成的。

 

　　燕麥染色體結(jié)構(gòu)變異的研究表明，六倍化后的同源交換在栽培燕麥基因組結(jié)構(gòu)的形成中發(fā)揮了重要作用。同源交換主要發(fā)生在A和D亞基因組之間，且形成了類(lèi)似馬賽克的染色體鑲嵌結(jié)構(gòu)，這也是六倍體燕麥的A和D亞基因組起源問(wèn)題存在爭(zhēng)議的重要原因。此外，C亞基因組相較于A和D亞基因組有更多收縮的基因家族，更低的純化選擇，更多的轉(zhuǎn)座因子，逆境下更少的表達(dá)基因，這表明六倍體燕麥中存在亞基因組優(yōu)勢(shì)。

 

　　燕麥參考基因組可為基因定位和克隆提供重要參考。研究人員在六倍體燕麥的三個(gè)亞基因組中鑒定了1269個(gè)R基因。此外，研究對(duì)659份不同來(lái)源地的栽培燕麥的進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析，鑒定到控制燕麥皮裸性狀的關(guān)鍵候選基因satnudsfs4d01g00045。

 

　　研究工作得到國(guó)家燕麥?zhǔn)w麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國(guó)家自然科學(xué)基金、吉林省人才開(kāi)發(fā)基金和吉林省科技發(fā)展計(jì)劃等的支持。