遺傳發(fā)育所等在優(yōu)質(zhì)牧草羊草基因組演化與育種方面獲進(jìn)展

　　我國各類天然草原草地約占國土面積的41%，是耕地面積的三倍。草種業(yè)被認(rèn)為是國家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，也是確保草地生態(tài)與草牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，我國對高質(zhì)量蛋白質(zhì)來源如肉、蛋、奶等的需求逐漸增加，對牧草的需求也相應(yīng)增長。因此，研究和發(fā)展國內(nèi)草地的鄉(xiāng)土草種，對推動草種業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

 

　　羊草，一種屬于禾本科小麥族的優(yōu)質(zhì)牧草，被譽(yù)為“禾草之王”，也是我國重要的鄉(xiāng)土草種和歐亞草原上的優(yōu)勢草種之一。羊草以發(fā)達(dá)的根狀莖而著稱，具備耐寒、耐旱、耐鹽堿、防風(fēng)固沙等特點(diǎn)。同時，羊草具有高營養(yǎng)價值和適口性而成為優(yōu)質(zhì)牧草，具有重要的生態(tài)價值和經(jīng)濟(jì)價值。然而，由于羊草基因組龐大且存在高度雜合性，導(dǎo)致羊草基因組學(xué)研究及其特性的解析頗具挑戰(zhàn)性。

 

　　中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所曹曉風(fēng)院士團(tuán)隊(duì)解析了羊草基因組，揭示了其演化規(guī)律，并通過羊草基因組編輯體系提高了羊草生物量相關(guān)性狀，助力草種業(yè)進(jìn)入以“大數(shù)據(jù)+生物技術(shù)”為特征的智慧育種新時代。10月24日，相關(guān)研究成果以Genome evolution and initial breeding of the Triticeae grass Leymus chinensis dominating the Eurasian Steppe為題，發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS，DOI：10.1073/pnas.2308984120）上。

 

　　該研究選取了東北羊草草場（125°42′-130°10′E，44°04′-46°40′N）中具有較強(qiáng)根狀莖的單株進(jìn)行基因組組裝（被命名為Lc6-5）。研究利用最新測序技術(shù)和方法組裝獲得了羊草基因組。它的大小約8 Gb，搭載染色體的contig N50超過300 Mb，重復(fù)序列占全基因組87.76%。由于羊草基因組的高雜合性，該工作進(jìn)行了單倍型水平的組裝。上述成果為更深入的研究提供了基因組資源。

 

　　基于精準(zhǔn)的基因組信息及small RNA數(shù)據(jù)，科研人員鑒定出禾本科特異的microRNA，并通過表達(dá)圖譜確定MIR528在葉片具有很高的表達(dá)豐度。該研究進(jìn)一步利用實(shí)驗(yàn)室建立的羊草Lc6-5的CRISPR/Cas9編輯體系，對MIR528進(jìn)行敲除。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，羊草的分蘗數(shù)目及生長速率均有明顯升高。該團(tuán)隊(duì)組裝的羊草基因組以及創(chuàng)建的適用于羊草的基因組編輯體系，為提升羊草產(chǎn)量與品質(zhì)提供了可能，并為羊草的快速改良和基因組育種創(chuàng)立了先例。

 

　　研究工作得到內(nèi)蒙古自治區(qū)科技重大專項(xiàng)、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等的支持。該研究由遺傳發(fā)育所和河北大學(xué)合作完成。黑龍江省農(nóng)科院草業(yè)所羊草研究團(tuán)隊(duì)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、南方科技大學(xué)的科研人員參與研究。