近日，经过长期科研攻关，山东农业大学张大健课题组在大豆基因组研究领域取得新突破，团队解析了大豆进化历程，高效准确挖掘了大豆基因组的结构变异，拓宽了分子育种可利用的基因资源，为大豆遗传基础解析、驯化性状调控基因挖掘及种质创新提供了重要的理论支撑。北京时间3月15日，国际植物学领域著名期刊《自然—植物》（Nature Plants）在线发表了这一重要研究成果。
论文截图大豆是重要的粮油饲兼用作物，在国民经济发展中具有重要的战略地位。栽培大豆原产中国，由祖先野生大豆长期定向选择、改良驯化而成，但在长期驯化和改良过程中，仅有少量基因资源被选择用于育种，产生严重的遗传瓶颈效应，极大限制了栽培大豆产量提高与品质改良。近年来，我国大豆产量徘徊不前，进口量持续增长，对外依存度超过80%，严重威胁我国粮食安全，其种质改良和育种工作迫在眉睫。
野生大豆与栽培大豆大豆属于豆科，大豆属，该属分为Glycine和Soja两个亚属。Soja亚属分为一年生野生大豆（G。 soja）和一年生栽培大豆（G。 max）。野生大豆是栽培大豆进行性状改良的重要遗传资源。前期，世界各国科研人员已经发表了多个大豆Soja亚属中代表性大豆种质资源参考基因组，并构建了高质量的基于图形结构泛基因组，为深入研究大豆功能基因组学提供极为重要的资源和平台。但是随着大豆育种工作的快速发展，大豆种质资源显得相对匮乏。多年生野生大豆具有遗传多样性丰富，抗性强、耐旱以及耐热等优势，其丰富的遗传变异为重要农艺性状的挖掘和育种提供了宝贵的资源。但是由于多年生野生大豆基因组庞大、重复序列多和高度杂合等特性，一直缺乏高质量染色体级别的参考基因组。
多年生野生大豆该研究中，科研人员在全世界范围内选取了5个具有代表性的Glycine品种（分别为Glycine亚属中A、B、C、D、F基因组型代表）和1个自然形成的异源四倍体（AADD）多年生大豆进行了全基因组测序。综合利用二代、三代、Hi-C等测序技术，组装得到了染色体级别的高质量参考基因组，首次构建了Glycine泛基因组。鉴定出109，827个多年生大豆中的非冗余基因位点，并发现其中70%的基因位点在Soja亚属中丢失，为大豆育种提供了丰富的遗传多样性基础。
野生大豆种子该成果首次构建Glycine大豆亚属基因组，是多年生野生作物资源研究的重要突破，填补了Glycine大豆亚属基因组的空白，为创制大豆高产优质新品种提供了有效的基因靶点。
多年生野生大豆基因组解析论文通讯作者张大健教授介绍，近年来，随着分子生物学技术的不断发展进步，越来越多的证据显示，大片段的结构变异广泛存在于作物基因组内，且影响着许多重要的农艺性状。本研究通过建立两个亚属基因组的共线性关系，鉴定出183个大片段基因组结构变异，这些变异影响着大豆开花时间、抗病性、抗逆性等重要的表型特征，准确解析这些结构变异对于显著提高大豆产量、改良大豆品质等农艺性状具有重要意义。
张大健教授指导学生实验据了解，张大健教授长期围绕大豆重要农艺性状驯化基因及其分子机制开展系统研究，近年来以第一和通讯作者（含共同）在Nature Plants、Molecular Plant、Journal of Integrative Plant Biology等国际主流学术期刊发表论文多篇。结合前期研究内容，针对已发掘品质和产量的重要基因，该研究团队利用分子标记辅助技术，已选育出适宜黄淮海地区种植的高产高油大豆品种，目前已参加山东省大豆区域试验，表现良好。
山东农业大学庄永斌副教授为该文的第一作者，山东农业大学张大健教授和美国普渡大学马渐新教授为该文的共同通讯作者。山东农业大学张宪省教授以及美国康奈尔大学Jeffrey J。 Doyle教授，Jacob B。 Landis博士、美国佐治亚大学Scott A。 Jackson教授、美国农业部玉米昆虫和作物遗传学研究所Steven B。 Cannon博士、哈德逊阿尔法生物技术研究所Jane Grimwood博士， Jeremy Schmutz博士和美国普渡大学王旭彤博士参与该项研究。该研究获得国家重点研发计划，山东省良种工程，泰山学者专家计划， 美国国家科学基金会植物基因组研究计划等基金的共同资助。
来源：山东农业大学