近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所特色農(nóng)作物優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用團(tuán)隊從基因組水平揭示了金蕎麥和苦蕎性狀差異的重要原因，對金蕎麥的生態(tài)類型進(jìn)行了初步的劃分和比較，并開發(fā)了與蘆丁代謝相關(guān)的分子標(biāo)記，為金蕎麥的性狀改良和品質(zhì)育種，以及苦蕎和金蕎麥種間雜交的分子育種提供了理論依據(jù)。6月14日，相關(guān)研究成果在《新植物學(xué)家（New phytologist）》在線發(fā)表。
據(jù)周美亮研究員介紹，一年生的苦蕎是蕎麥屬中主要作為糧食作物廣泛栽培的，而多年生的金蕎麥主要作為藥用和飼用，具有抗菌消炎、預(yù)防癌癥和抗腫瘤的功效，是急支糖漿、金蕎麥片、威邁寧等藥物的主要成份。金蕎麥?zhǔn)强嗍w的野生近緣種，也被認(rèn)為是苦蕎遺傳改良的重要遠(yuǎn)緣雜交材料，但二者農(nóng)藝性狀差異較大。例如，與苦蕎相比，金蕎麥具有籽粒大且蘆丁等活性成份更加豐富、地下膨大莖、花期長、耐寒等特點。造成二者分化的遺傳機制尚不清楚。為充分挖掘金蕎麥的優(yōu)異基因資源以及加快鑒定苦蕎-金蕎麥雜交后代優(yōu)異材料，開展金蕎麥和苦蕎比較基因組研究十分必要。
研究人員通過與苦蕎基因組比較發(fā)現(xiàn)，金蕎麥基因組大?。?.08G）是苦蕎基因組（0.48G）的兩倍，這主要是由于重復(fù)序列擴增導(dǎo)致。研究發(fā)現(xiàn)，金蕎麥在3號和4號染色體上存在兩段大片段倒位，相關(guān)基因與代謝、細(xì)胞壁形成、根形態(tài)建成等密切相關(guān)，推測這可能與金蕎麥特有的品質(zhì)和農(nóng)藝性狀相關(guān)。基因組進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，金蕎麥和苦蕎在近代發(fā)生分化，金蕎麥中代謝相關(guān)的基因受到了強烈選擇。通過對金蕎麥的地下膨大莖、根和苦蕎的根分別進(jìn)行代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)金蕎麥中兒茶素、原花青素、蘆丁、槲皮素等黃酮類物質(zhì)含量遠(yuǎn)高于苦蕎，是金蕎麥可做藥用的重要原因。進(jìn)一步從基因組層面揭示了金蕎麥中黃酮類物質(zhì)合成相關(guān)基因發(fā)生了擴增，尤其是FdCHI、FdF3H、FdDFR、FdLAR基因家族。此外，對研究團(tuán)隊過去5年從云貴高原搜集到的34份直立和斜生生態(tài)型的二倍體野生金蕎麥并進(jìn)行了性狀評價，發(fā)現(xiàn)直立生態(tài)型的農(nóng)藝性狀優(yōu)于斜生生態(tài)型，而斜生生態(tài)型的品質(zhì)性狀優(yōu)于直立生態(tài)型。該研究對這些樣本進(jìn)行了重測序并計算了二者之間的遺傳分化系數(shù)，挖掘到一系列與品質(zhì)和農(nóng)藝性狀相關(guān)的基因，并開發(fā)了分子標(biāo)記。該研究為金蕎麥的性狀改良和品質(zhì)育種，以及苦蕎和金蕎麥種間雜交的分子育種提供了理論依據(jù)。
作科所已出站博士后何銘、博士后何毓琦、副研究員張凱旋、博士生盧翔以及張雪梅博士為該論文第一作者，周美亮研究員為通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、歐盟地平線2020項目、國家自然科學(xué)基金重點國際合作項目等項目支持。
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https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.18306
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