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这项里程碑式的研究产生了第一个全球小麦改良基因组图谱

导读在全球小麦生产的里程碑式发现中,由萨斯喀彻温大学领导的国际团队对代表全球育种计划的15个小麦品种的基因组进行了测序,使科学家和育种者

在全球小麦生产的里程碑式发现中,由萨斯喀彻温大学领导的国际团队对代表全球育种计划的15个小麦品种的基因组进行了测序,使科学家和育种者能够更快地识别有影响力的基因,从而提高产量、抗虫性和其他重要作物性状。

研究成果刚刚在《自然》发表,提供了历史上最全面的小麦基因组序列图谱。与10多个基因组项目的合作涉及来自加拿大、瑞士、德国、、英国、沙特阿拉伯、墨西哥、以色列、澳大利亚和美国的大学和研究所的95多名科学家。

项目负责人、小麦育种家、USask作物发展中心(CDC)负责人柯蒂斯波兹南克(Curtis Pozniak)说,“这就像是为你几十年来最喜欢的问题寻找缺失的部分。”“通过提供许多完整的基因组装体,我们现在可以帮助解决巨大的小麦泛基因组这一巨大难题,为小麦的发现和育种开辟新的时代。”

预计全球麦田的科学群体将利用新资源鉴定与需求性状相关的基因,这将加快育种效率。

“这种资源使我们能够更精确地控制育种,以提高小麦改良的速度,从而给农民和消费者带来利益,满足未来的粮食需求,”Pozdnyak说。

小麦是世界上种植最广泛的谷类作物之一,在全球粮食安全中发挥着重要作用,占全球人类热量摄入的20%。据估计,到2050年,小麦产量必须增加50%以上,才能满足日益增长的全球需求。

作为另一个国际财团的一部分,2018年,来自USask的研究人员在解码面包小麦品种春春的基因组中发挥了关键作用,这是小麦基因组的第一个完整参考,也是一个重要的技术里程碑。研究结果发表在《科学》杂志上。

波兹南说:“现在,我们已经将小麦基因组序列的数量增加了10倍以上,这样我们就可以识别出小麦品系之间的遗传差异,这对育种非常重要。”“我们现在可以比较和对比所有互补的遗传差异,这些差异使每个品种都独一无二。”

莱布尼茨植物遗传与作物植物研究所(IPK)的Nils Stein是德国项目的共同负责人,他说:“鉴于中国春季参考基因组对研究和应用的巨大影响,这是过去两年的一项重大成就。稍后,我们将在世界许多不同地区提供与小麦改良计划相关的其他序列资源。”

基因组研究代表着产生数千个小麦基因组序列的更大努力的开始,包括从小麦的野生近缘带来的遗传物质。

研究团队可以追踪基因材料的独特DNA标记,育种者已经从几个不习惯的小麦亲戚那里整合到现代品种中一个世纪了。

Pozdnyak说:“这些小麦近亲已经被育种家用来提高小麦的抗病性和抗逆性。”“其中一个亲戚向现代小麦贡献了一个DNA片段,其中包含抗病基因,并提供了针对各种真菌疾病的保护。我们来自堪萨斯州立大学和CIMMYT(墨西哥)的合作伙伴表明,这一细分市场可以增加高达10%的产量。由于育种是一个持续改进的过程,我们可以继续在植物中选择这一有价值的性状。”

波兹南的团队与加拿大农业、农业和食品部以及加拿大国家研究委员会的科学家合作,还通过基因组序列分离出了一种抗虫基因(称为Sm1),这种基因可以使小麦植株抵抗橙色小麦开花中期。这种害虫每年可能给加拿大西部的生产者造成6000多万加元的损失。

波兹南说:“了解这样的致病基因可以改变育种的游戏规则,因为你可以通过简单的DNA测试比通过人工田间测试更有效地选择对害虫的抗性。”

USask团队还包括本文第一作者Sean Walkowiak(曾在波兹南团队工作,现隶属于加拿大谷物理事会)、开发可视化软件的计算机科学家Carl Gutwin,以及一个比较基因组序列的用户友好型数据库。美国农业部全球食品安全研究所的基因组学和生物信息学专家安德鲁夏普负责此事。他通过组学和精准农业实验室(OPAL)进行测序工作,OPAL是一个提供基因组学、图像和生物信息学服务的先进实验室。

国际小麦研究机构协调机构“小麦倡议”将“十大基因组计划”作为最高优先事项。

小麦科学倡议的协调员彼得说:“这个项目是世界领先研究小组之间协调的一个很好的例子。基本上,每个从事小麦基因发现、基因分析和分子育种技术部署的团队都会利用这一资源。”朗里奇。

加拿大的资金来自加拿大基因组应用基因组(CTAG2)研究项目,该项目由加拿大基因组、基因组草原、西部谷物研究基金会、萨斯喀彻温省政府、萨斯喀彻温省小麦发展委员会、艾伯塔省小麦委员会、维特拉和曼尼托的小麦和大麦种植者赞助。

协会资助,以及通过USask的植物表型和影像研究中心(P2IRC)发起的加拿大第一研究卓越基金。

Genome Canada总裁兼首席执行官Rob Annan表示:“该项目是基因组学如何支持食品生产中增强弹性并增强加拿大出口领导地位的主要例证。”

“部署基因组学以使农业生产适应气候变化,解决粮食和营养不安全问题以及改善作物健康对农民和消费者都是有益的,这项研究将为我们的经济带来切实的回报。加拿大研究人员及其国际合作者强调了基因组学对加拿大人和全世界其他人的生活产生积极影响的潜力。”

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