全球首個牧草圖形泛基因組發布

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3月3日，四川農業大學（以下簡稱四川農大）草業科技學院教授黃琳凱團隊在國際權威學術期刊《自然—遺傳學》（Nature Genetics）在線發表了題為《美洲狼尾草泛基因組構建、結構變異挖掘及耐熱機制解析》的研究成果。這是我國牧草領域首篇發表在該期刊上的論文。

該研究構建了首個美洲狼尾草圖形泛基因組，也是全球首個牧草領域圖形泛基因組，將為牧草基因資源挖掘及育種提供重要資源。該研究還揭示了狼尾草耐熱的分子機制，將為相關物種如玉米、小麥和水稻的耐熱研究提供重要信息。該研究將在保障糧食安全、應對全球氣候變暖等方面發揮重要作用。

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美洲狼尾草   四川農大供圖

通過聯合國內外多家單位，本次研究從全球8個地區收集的394份美洲狼尾草核心種質中選取10份代表性材料，利用Pacbio HiFi等技術進行基因組從頭組裝，獲得了高質量的基因組組裝序列，結合一個已報道的基因組構建了首個美洲狼尾草圖形泛基因組，發掘到424,085個結構變異。基于泛基因組圖譜進行的全基因組關聯分析，發現了143個重要農藝性狀相關聯的變異位點，并挖掘到與產量性狀相關的候選基因446個。

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RWP-RK基因家族的擴張有助于美洲狼尾草耐熱性的形成    四川農大供圖

起源于非洲的美洲狼尾草，能夠適應極端高溫的氣候，是研究植物耐熱機制的優良材料。本次研究通過對水稻、玉米、高粱等多個物種進行比較基因組學分析，發現美洲狼尾草中擴張的RWP-RK轉錄因子家族和內質網相關基因協同參與耐熱性調控，挖掘并驗證到關鍵結構變異和調控候選基因3個，其中基因PMF0G00024.1（RWP-RK）在水稻中過表達也顯著提高了耐熱性，將為分子育種提供了重要靶點。

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圖為黃琳凱教授（中）、孫敏博士（左）、靳雅榮博士（右）    四川農大供圖

四川農大研究生、佐治亞大學博士后嚴海東，四川農大博士孫敏、北京諾禾致源科技股份有限公司生信工程師張鐘仁和四川農大博士靳雅榮為該論文的共同第一作者，四川農大教授黃琳凱（第一通訊）和北京諾禾致源科技股份有限公司首席科學家研究員田仕林為論文的共同通訊作者。該研究得到了國家牧草產業技術體系、國家自然基金和四川省飼草育種攻關等項目資助。