科学家构建鹰嘴豆属超级泛基因组

鹰嘴豆是世界第三大豆类作物，具有重要的经济价值和营养价值，其固氮能力能改善土壤肥力，具有独特的生态价值。但鹰嘴豆的遗传背景相对狭窄、抵抗生物或非生物胁迫的能力不足，限制了它的育种改良。

5月29日，华大生命科学研究院联合国际半干旱热带作物研究中心、西澳大学、莫道克大学等单位的研究成果发表于《自然—遗传学》。研究团队成功组装了8个一年生鹰嘴豆属野生种的基因组，并结合已发表的2个鹰嘴豆基因组，构建了超级泛基因组，为鹰嘴豆育种提供了重要数据资源和方向。

研究组装的8个高质量野生种基因组，大小从435兆到895兆不等、基因数从23486到29642不等。研究分析发现可能存在古老的重排事件，且鹰嘴豆属具有3个重要的基因池，并推断了基因池之间的分歧时间。

该研究揭示，鹰嘴豆属超级泛基因组由24827个基因家族组成。其中，14748个基因家族为核心基因，它们存在于鹰嘴豆属的所有物种，主要参与生长、DNA修复、细胞通信等基本生物功能；6212个基因家族为可变基因，它们存在于鹰嘴豆属的2至8个物种中，主要参与防御响应、生长素响应、生物刺激响应等生物功能。

此外，研究还鉴定出鹰嘴豆属内存在的2944万个单核苷酸多态性、633万个小插入缺失和491937个结构变异。通过将鉴定出的结构变异整合到参考基因组中，挖掘了477个鹰嘴豆属个体中的变异多样性，发现这些变异在开花时间和抗病性等重要性状中可能扮演着重要角色，其中，678个结构变异与200个与开花相关的基因重叠、1667个结构变异与556个抗病基因重叠。

论文第一作者、国际半干旱热带作物研究中心高级科学家阿米尔·汗认为：“我们将野生近缘种这一非常重要的资源纳入，可以在更广泛的基因多样性基础上，挖掘农艺学性状相关的重要基因，有望推动鹰嘴豆品种的进一步遗传育种改良。”

“我们发现，近缘野生种具有更多的遗传多样性和变异，可能有助于改善鹰嘴豆的抗病性、开花时间和抗逆性等性状。”该研究项目负责人、澳大利亚莫道克大学国家农业生物技术中心主任拉吉夫·瓦尔什尼说道。

文章通讯作者、华大生命科学研究院研究员刘心表示：“一系列基因组学研究将推动鹰嘴豆的育种改良，同时为其他作物的改良、应对气候变化和粮食安全解决提供解决方案。”

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41588-024-01760-4