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44个高粱重测序研究再获突破 助力粮食作物抗病育种研究

來源:發布時間:2017-01-11

世界上最具有農業和經濟價值的物種是谷類作物,主要包括小麥,大麥,玉米,水稻和高粱,全世界有超過2/3的人口以這些谷物爲主糧。然而,各種病原菌的存在對糧食作物的生産造成了巨大的挑戰,這也嚴重影響到了人類的糧食安全。世界上30%以上糧食産量的損失是由于病原菌的侵害造成的,尤其在發展中國家,病原菌爆發對糧食産量的影響更加顯著。

对于减少病原菌影响,最有效可行的策略就是种植含有抗病遗传背景的品种;因此,几乎在所有的植物育种程序中,对抗病性的选择都是一个重要的组成部分。在所有的抗病基因中,核苷酸结合位点加上亮氨酸重复基因(NBS-LRR),是植物中最大,最广泛,最古老的基因家族。这些基因与各种病原菌的识别、应答有关,包括细菌,病毒,真菌,线虫,昆虫和卵菌。所以,研究抗病基因(NBS gene)对提高粮食产量,解决人类的粮食安全问题具有非常大的促进意义。

本研究中,研究人員利用同源預測的方法在高粱基因組中鑒定了346個抗病基因(NBS GENE),以多態性統計參數(θπ,θw)爲基准發現抗病基因的多態性要顯著高于其他基因,其中38個基因受到純化選擇,23個基因受到平衡選擇,這樣的發現爲古老的祖先基因趨向于富集在基因組受到選擇的區域提供了新的證據。同時發現,NBS編碼基因也顯著富集在真菌抗病QTL的區域,該類基因的多態性受到生物脅迫抗病QTL類型的影響。此外,研究人員以高粱基因組爲參考繪制了高粱、玉米、水稻的共線性區域圖譜,爲鑒定這三個物種的同源基因提供了有力的幫助。

在此之前,大部分基因组重测序研究都是基于整个基因组的水平描述各种变异的结果,包括SNP, Indel, CNV, PAV等等,而44个高粱重测序的第二篇研究发现则利用群体遗传学的方法,对抗病基因的分子进化历程进行了非常深入的分析,得出抗病基因的适应性是由多个进化过程驱动的结论,为重测序研究的分析与阐释提供了分子进化角度的全新视角。

該項目的第一篇主文章于2013年8月28日發表在Nature Communications雜志,主要對高粱複雜的群體結構和改良馴化事件進行了深入的研究。

此外,該項目的後續分析仍在繼續開展。隨著大規模重測序數據的産出與發表,本次項目負責人太帥帥表示,“希望通過對高粱重測序數據的多角度深入分析,爲重測序數據的分析與發表提供一個完整的範例;通過對生物學問題的深入探討,爲育種家提供有用的遺傳信息,加速分子育種的進程。”


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