作物基因組學研究的發(fā)展，對于有效利用現(xiàn)代分子生物學手段進行物種的遺傳改良發(fā)揮了重要作用。目前，已經(jīng)實現(xiàn)對重要農(nóng)作物，如水稻、小麥、玉米、大豆、油菜、棉花、蔬菜等作物基因組的測序或重測序，在此基礎(chǔ)上完成對控制重要農(nóng)藝性狀基因的克隆和鑒定。SCIE 數(shù)據(jù)庫檢索顯示，中國已成為作物基因組學領(lǐng)域發(fā)文最多的國家（《植物遺傳資源學報》2018，19（3）：383-389）。這些巨大的進展得益于測序技術(shù)的進步與發(fā)展，尤其是三代單分子測序和 BiNano、10× Genomics、Hi-C 等新技術(shù)的應(yīng)用。那2018年在作物基因組學領(lǐng)域都有哪些突破與飛躍呢？
Pan-genome analysis highlights the extent of genomic variation in cultivated and wild rice
發(fā)表期刊Nature Genetics
發(fā)表時間2018.1.15
IF27.959
研究材料
22份溫帶粳稻、5 份熱帶粳稻、1份芳香粳稻、19份秈稻、6份澳大利亞稻和13 份普通野生稻
測序策略
~400 bp 或~700 bp 文庫，HiSeq 2500 PE100 或 PE150 測序，平均測序深度115 ×
研究內(nèi)容構(gòu)建栽培和野生稻泛基因組圖譜，鑒定出水稻基因組中的各類遺傳變異，發(fā)現(xiàn)功能基因存在的多種等位基因類型。
Genomes of 13 domesticated and wild rice relatives highlight genetic conservation, turnover and innovation across the genus Oryza
研究材料
4份亞洲栽培稻品種、1份非洲栽培稻、7份野生稻和1份假稻屬品種
測序策略
小片段、大片段和 BAC 文庫，Illumina/Roche- 454，平均測序深度 >100 ×
研究內(nèi)容
對稻屬內(nèi)13個稻種的基因組進行深入解析，揭示了稻屬的系統(tǒng)進化機制。
Genomic variation in 3,010 diverse accessions of Asian cultivated rice
發(fā)表期刊
Nature
發(fā)表時間
2018.4.25
IF
41.577
研究材料
來自全球89個國家的3010份亞洲栽培稻
測序策略
HiSeq 2000平臺測序，平均測序深度14 ×
研究內(nèi)容
對3010份亞洲栽培稻基因組數(shù)據(jù)進行深入分析，揭示了亞洲栽培稻的基因組變異、群體結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性，并構(gòu)建了亞洲栽培稻的泛基因組圖譜，探討了水稻的起源、分類、進化和馴化機制。
Genome sequence of the progenitor of wheat A subgenome Triticum Urartu
發(fā)表期刊
Nature
發(fā)表時間
2018.5.9
IF
41.577
研究材料
烏拉爾圖小麥 G1812
測序策略
BAC 測序、PacBio（97 Gb）、BiNano（417 Gb，有效深度83 ×）、10× Genomics
組裝結(jié)果
組裝大?。?.86 Gb，Contig N50：344kb，Scaffold N50：3.67Mb
研究內(nèi)容
繪制小麥 A 基因組染色體序列精細圖譜，鑒定了小麥 A 基因組從二倍體、經(jīng)四倍體到六倍體進化過程中的染色體結(jié)構(gòu)變異，推演了小麥 A 基因組7條染色體從禾本科共同祖先基因組起源的演化模型。群體遺傳學分析表明海拔高度在烏拉爾圖小麥適應(yīng)環(huán)境和重要性狀形成中具有重要作用。
Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference
發(fā)表期刊
Science
發(fā)表時間
2018.8.17
IF
41.058
研究材料
六倍體小麥中國春
測序策略
Illumina 測序、BAC 文庫測序、Hi-C、遺傳圖譜
組裝結(jié)果
組裝大?。?4.5 Gb，Contig N50：51.8 kb，Scaffold N50：7 Mb/ superscaffold N50：22.8 Mb
研究內(nèi)容
六倍體小麥基因組染色體水平的組裝和完整注釋及基因組組成分析，并通過整合轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)揭示了開花性狀相關(guān)的基因共調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。對小麥特有的擴張的基因家族進行了功能富集分析，發(fā)現(xiàn)這些基因顯著富集在籽粒產(chǎn)量，逆境脅迫響應(yīng)，花粉育性等類別中。利用該組裝基因組和詳細的注釋信息，加速了重要農(nóng)藝性狀潛在候選基因的鑒定，如響應(yīng)非生物脅迫及抗蟲性的 SSt1 QTL 和調(diào)控小麥開花時間的基因。
Extensive intraspecific gene order and gene structural variations between Mo17 and other maize genomes genome
發(fā)表期刊
Nature Genetics
發(fā)表時間
2018.7.30
IF
27.959
研究材料
玉米 Mo17 自交系
測序策略
PacBio 200.8 Gb（90 ×）、Illumina 251.8 Gb，BioNano 267.7 Gb
組裝結(jié)果
組裝大小2,183 Mb，Contig N50：1.48 Mb，Scaffold N50：10.2 Mb
研究內(nèi)容
構(gòu)建玉米 Mo17 的高質(zhì)量參考基因組序列，鑒定了廣泛的種內(nèi)基因順序和基因結(jié)構(gòu)變異。
The maize W22 genome provides a foundation for functional genomics and transposon biology
發(fā)表期刊
Nature Genetics
發(fā)表時間
2018.7.30
IF
27.959
研究材料
玉米 W22 自交系
測序策略
llumina HiSeq> 180 ×、10× Genomics
組裝結(jié)果
組裝大?。?133.87 Mb，Contig N50：72.4 kb，Scaffold N50：35.5 Mb
研究內(nèi)容
構(gòu)建玉米 W22 自交系基因組，新組裝的基因組與 B73 基因組比較發(fā)現(xiàn) TEs 元件在不同基因型之間呈現(xiàn)多態(tài)性分布，不同的轉(zhuǎn)座子存在插入偏好性并且插入位點及兩側(cè)區(qū)域在不同序列情境下甲基化水平也不同。
Assembly and annotation of a draft genome sequence for Glycine latifolia, a perennial wild relative of soybean
發(fā)表期刊
Plant Journal
發(fā)表時間
2018.4.19
IF
5.9
研究材料
大豆野生近緣種 Glycine latifolia
測序策略
10× Genomics、HiSeq 2500 PE150
組裝結(jié)果
組裝大小：939.7 Mb，Contig N50：62.61 Kb，Scaffold N50：853.6 Kb
研究內(nèi)容
大豆野生近緣種 Glycine latifolia 的基因組草圖組裝和注釋，鑒定著絲粒特異重復序列和與防御響應(yīng)和非生物脅迫響應(yīng)相關(guān)的基因家族。
De novo assembly of a Chinese soybean genome biology genome
發(fā)表期刊
Science China Life Sciences
發(fā)表時間
2018.7.27
IF
3.085
研究材料
中黃13
測序策略
PacBio SMRT：80 ×、BiNano、Hi-C：125 ×
組裝結(jié)果
組裝大?。?.025 Gb，Contig N50：3.46 Mb，Scaffold N50：51.87 Mb
研究內(nèi)容
組裝高質(zhì)量的中國大豆品種“中黃13”基因組，分析其和 Williams 82 基因組之間的遺傳變異，整合大量轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)構(gòu)建了一個完整的基因共表達網(wǎng)絡(luò)，得到26個可能控制大豆開花時間的基因，利用自然群體遺傳變異和表型差異的關(guān)聯(lián)對其中部分基因進行驗證，為重要農(nóng)藝性狀基因的挖掘提供了新思路。
Resequencing a core collection of upland cotton identifies genomic variation and loci influencing fiber quality and yield（諾禾致源合作項目文章）
發(fā)表期刊
Nature Genetics
發(fā)表時間
2018.5.7
IF
27.959
研究材料
419份陸地棉核心種質(zhì)
測序策略
WGS，6.55×
研究內(nèi)容
對419份棉花核心種質(zhì)的13個纖維相關(guān)性狀進行全基因組關(guān)聯(lián)（GWAS）分析，鑒定出了與開花時間、纖維長度和纖維強度等性狀相關(guān)的基因位點。
Resequencing of 243 diploid cotton accessions based on an updated A genome identifies the genetic basis of key agronomic traits
發(fā)表期刊
Nature Genetics
發(fā)表時間
2018.5.7
IF
27.959
研究材料
230份亞洲棉和13份草棉
測序策略
PacBio 77.6×，Hi-C有效reads＞20 ×，WGS，6 ×
研究內(nèi)容
利用 PacBio 和 Hi-C 技術(shù)提升亞洲棉基因組組裝水平；對230份亞洲棉和13份草棉進行全基因組重測序，發(fā)現(xiàn)亞洲棉和草棉與雷蒙德氏棉同時進行了分化；通過全基因組關(guān)聯(lián)分析鑒定了亞洲棉11個重要農(nóng)藝性狀的98個顯著關(guān)聯(lián)位點，對品質(zhì)、產(chǎn)量和抗病性等重要性狀進行了研究。
Reference genome sequences of two cultivated allotetraploid cottons Gossypium hirsutum and Gossypium barbadense
發(fā)表期刊
Nature Genetics
發(fā)表時間
2018.12.5
IF
27.959
研究材料
高度純合陸地棉 Texas Marker-1（TM-1）和海島棉3-79
測序策略
PacBio（G. hirsutum：194.01 Gb，G. barbadense：210.98 Gb，每個品種覆蓋深度至少80 ×），BioNano（G. hirsutum 213.2 Gb，平均覆蓋度為88.9 ×；G. barbadense 373.7 Gb，平均覆蓋度為155.7 ×），Hi-C
組裝結(jié)果
G. hirsutum（組裝大?。?,347 Mb Contig L50 = 1.89 Mb，BiNano scaffold L50：5.22 Mb /最終 scaffold L50：97 Mb）、G. barbadense（組裝大?。?,266 Mb，Contig L50：2.15 Mb，BiNano scaffold L50：6.89 Mb /最終scaffold L50：93 Mb）
研究內(nèi)容
利用了三代測序技術(shù)+光學圖譜 +Hi-C 染色體掛載技術(shù)，對異源四倍體陸地棉和海島棉基因組進行升級，比較兩種棉花基因組差異，結(jié)合 Hi-C 技術(shù)鑒定了倒位、易位等大的染色體結(jié)構(gòu)變異，并通過四倍體棉亞基因組和其二倍體祖先之間的基因組差異分析棉花多倍化過程中發(fā)生的變異。最后通過構(gòu)建漸滲系群體，鑒定了5個纖維品質(zhì)性狀的13個 QTL 位點，通過檢驗13個 QTLs 中的基因表達水平，檢測到了235個在纖維發(fā)育過程中高度表達的基因。
Chinese Root-type Mustard Provides Phylogenomic Insights into the Evolution of the Multi-use Diversified Allopolyploid Brassica juncea
發(fā)表期刊
Molecular Plant
發(fā)表時間
2018.3.5
IF
8.827
研究材料
109份來自中國，印度，澳大利亞和歐洲國家的芥菜材料
測序策略
SLAF-seq
研究內(nèi)容
對芥菜作物進行群體進化分析，從基因組水平上揭示了芥菜為單一起源，大頭菜（根用芥菜）變種最早在中國分化，明確了芥菜的起源中心在中國，計算了芥菜不同類群分化形成時間。
Whole-genome resequencing of a world-wide collection of rapeseed accessions reveals genetic basis of their ecotype divergence
發(fā)表期刊
Molecular Plant
發(fā)表時間
2018.11.23
IF
8.827
研究材料
991份源自世界39個國家（地區(qū)）的油菜種質(zhì)
測序策略
WGS，6.6 ×
研究內(nèi)容
發(fā)現(xiàn)了油菜從起源地（地中海地區(qū)）逐步向世界各地擴散的8條主要基因漂流途徑，以及在遷徙過程中人工與自然選擇留下的一系列選擇痕跡；中國冬油菜源自波蘭，經(jīng)日本傳到中國。通過全基因組關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)了 FLOWERING LOCUS T 與 FLOWERING LOCUS C 等2個基因啟動子區(qū)域的 SNP 形態(tài)差異，以及乙烯合成與信號傳導途徑基因的遺傳多態(tài)性，是導致冬性、半冬性、春性三種生態(tài)分化的關(guān)鍵分子基礎(chǔ)。
參考文獻
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作物研究部 吳小培丨文案
孫津津丨編輯
