聚焦研究新成果！玉米抗倒伏、番茄也含花青素、茄子基因组研究迈入“高清时代”......
聚焦研究新成果！玉米抗倒伏、番茄也含花青素、茄子基因组研究迈入“高清时代”......
近日，我国的农作物科研工作可谓捷报连连！科研人员们经过不断攻关，在玉米、番茄、茄子、西瓜、甜瓜的研究上取得了重大进展，并在国际期刊上发表研究论文。农财君和大家一起去见识科研大咖们公布的最新成果。
1
玉米
玉米抗倒伏性研究取得重大进展，该研究为增强我国玉米的茎杆强度提供了新的思路和技术途径。
2
番茄
番茄花响应光信号积累花青素的分子机制揭示，通过遗传操作创制出果肉富含花青素的紫色番茄问世。
3
茄子
发布了染色体级别的高质量茄子基因组序列发布，标志着茄子基因组研究迈入“高清时代”。
4
西瓜
新一代西瓜基因组精细图谱绘制成功，其驯化历史被解析公布，首次系统揭示了西瓜果实品质形状进化的分子机制。
5
甜瓜
世界上第一张甜瓜全基因组变异图谱发布，揭示了甜瓜三次独立驯化历史，为基因挖掘和分子辅助育种体系的建立奠定了坚实的基础。
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玉米
发现可用于改良玉米茎杆强度的基因
近日，The Plant Cell 在线发表中国农业大学农学院国家玉米改良中心林中伟教授课题组题为"A large transposon insertion in the stiff1 promoter increases stalk strength in maize"的研究论文，揭示了玉米茎秆强度的分子机制。
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玉米倒伏是造成玉米减产的一个关键的因素，每年可造成全球玉米损失5―20%的总产。玉米倒伏还会造成玉米籽粒质量降低，机械化收获困难等问题。
为了加速玉米茎秆强度的研究，林中伟课题组首先开发一套玉米茎秆强度的表型测量方法，该方法操作简单，可大规模进行测定。在此基础上，该课题组结合精细定位和关联分析将位于玉米第6染色体上的一个主效的玉米茎秆强度QTL-stiff1鉴定出来。
stiff1基因编码一个F-box蛋白。通过表达该基因导致玉米茎秆变软，后期出现倒伏，而该基因被编辑后，玉米的茎秆强度增强。序列分析发现，位于启动子区的一个近30 kb的转座子插入使得该基因的表达量下调，从而导致茎秆的纤维素和木质素含量提高，玉米茎秆强度增加。
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玉米85%的基因组是由转座子组成，转座子是玉米基因组进化过程中的一个最活跃的因素。在该研究中，这个基因近30 kb的转座子插入说明了转座子可能在玉米驯化与改良的过程中发挥了关键的作用。进一步的进化分析表明，这个基因受到了强烈的人工选择。研究发现，仅有15%中国玉米自交系含有这个转座插入。因此，这个基因可用于大规模精准改良我国玉米的茎秆强度。
番茄
富含花青素的紫色番茄问世
11月初，Molecular Plant在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究员与北京农林科学院李常保研究员合作的题目为"A Transcriptional Network Promotes Anthocyanin Biosynthesis in Tomato Flesh"的研究论文，揭示了番茄响应光信号积累花青素的分子机制并通过遗传操作创制出果肉富含花青素的紫色番茄。
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花青素是一种天然的水溶性植物色素，是花、果实等植物器官呈色的主要原因。它还是一种天然的抗氧化剂，具有重要的保健功能。可以降低心血管疾病、衰老相关的退行性病变以及癌症等疾病给人们带来的身体伤害和生命威胁。
番茄是世界上最重要的蔬菜作物之一，由于口感鲜美，酸甜宜人，受到人们普遍的欢迎。然而，市场上常见的普通番茄基本不含花青素。因此，对番茄花青素合成调控机制的研究在指导番茄品种改良的实践中具有重要的参考价值。
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该研究首先通过bulk population sequencing方法克隆了InR中控制花青素积累的基因。分析显示Aft编码一个正向调控花青素合成的R2R3-MYB蛋白SlAN2-like。该基因在普通栽培番茄中因为第二外显子5"剪切位点突变导致其基因异常转录并失去激活花青素合成的能力。atv编码一个负向调控花青素合成的R3-MYB蛋白SlMYBATV。利用CRISPR/Cas9技术在Aft的背景下敲除该基因可以有效提高番茄果皮中花青素含量。
光照通过SlHY5激活SlAN2-like的表达，随后，SlAN2-like通过激活SlAN1和SlMYBATV的表达进而诱导番茄果皮中花青素的合成。SlMYBATV则通过与SlAN2-like竞争性结合bHLH转录因子SlAN1的方式抑制果皮中花青素生成。由此发现，SlAN2-like在接受光信号并开启花青素合成通路的过程中起到至关重要的作用。该研究为改良番茄品质提供了重要的靶标基因。
同时，作者利用果实特异启动子过表达SlAN2-like，获得了果皮和果肉中均有丰富花青素积累的紫色番茄。该研究成果不仅加深了我们对花青素合成机制的理解，而且对作物花青素性状的改良提供了新的思路与技术途径。
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果实特异过表达SlAN2-like诱导花青素在番茄果皮和果肉中积
茄子
基因组研究进入“高清时代”
由广西农业科学院蔬菜所王益奎研究员领衔的研究团队，于生物学预印网站(BioRxiv)在线发布了染色体级别的高质量茄子基因组序列。该基因组采用了当下最先进的基因组测序与组装技术，测出堪称茄科植物中最连续的基因组，标志着茄子基因组研究迈入“高清时代”。
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本次公布的茄子参考基因组，Contig N50达到了5.3Mb, Scaffold N50更是达到了93.9 Mb，序列总长度1155.8 Mb是迄今最连续的茄子基因组。
研究团队采用PacBio测序技术，结合Dovetail Hi-C建库技术与HiRise组装算法，成功获得了染色体级别的连续基因组，将对茄子的基因组学研究产生深远的影响。
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通过比较基因组学分析发现，茄子物种特异的646个基因家族和364个阳性选择基因（Positive selection genes），赋予了茄子特有的性状。研究团队进行了抗病基因的全基因组鉴定，发现在茄子和辣椒中有一个扩张的细菌斑点抗性基因家族，而在番茄和马铃薯中没有。
此外研究团队发现在茄子、番茄和马铃薯基因组中，多酚氧化酶基因的染色体分布模式高度相似。高质量的茄子参考基因组序列不仅有利于茄科植物的进化研究，更为茄科植物的选育和改良提供了便利。
西瓜
“甜蜜基因”揭示
11月1日，北京市农林科学院许勇团队及其合作者中国农科院郑州果树所刘***团队、美国康奈尔大学Boyce Thompson研究所费章君团队和中国农科院深圳基因组所黄三文团队等国内外科研机构以长文形式在国际学术刊物 Nature Genetics 在线发表了题为Resequencing of 414 cultivated and wild watermelon accessions identifies selection for fruit quality traits 的研究成果。该研究完成了新一代西瓜基因组精细图谱绘制和驯化历史解析，首次系统揭示了西瓜果实品质性状进化的分子机制。
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该研究完成了迄今为止最高质量的西瓜基因组序列图谱。在此基础上，对覆盖世界上现存的西瓜属全部7个种的414份代表性西瓜种质资源开展了基因组变异分析，共鉴定获得约1973万个SNP变异位点。通过群体结构分析，在基因组水平上证实了非洲苏丹地区西瓜资源与高糖栽培西瓜的祖先遗传关系最近，并发现黏籽西瓜（C. mucosospermus）是距现代栽培西瓜（C. lanatus）亲缘关系最近的种群且具有共同的祖先。基因漂移等证据表明，饲用西瓜（C. amarus）与这两个种群之间可能存在独立进化，首次从全基因组层面明确了西瓜7个种之间的进化关系。
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甜瓜
第一张甜瓜全基因组变异图谱发布
11月1日，Nature Genetics 在线发表了由中国农业科学院郑州果树研究所徐永阳团队联合中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队、西班牙巴塞罗那食品科学院JordiGarcia-Mas团队等国内外科研团队历时5年共同完成的最新科研成果"A comprehensive genome variation map of melon identifies multiple domestication events and loci influencing agronomic traits"。
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为揭示甜瓜的复杂驯化历史、遗传基础，挖掘控制甜瓜重要农艺性状的基因，研究团队收集并完成了目前世界上数量最大、涵盖类型最全（1184份）的甜瓜种质资源（近缘种、野生种及栽培种）全基因组重测序，构建了世界上第一张甜瓜全基因组变异图谱。
利用基因组大数据首次揭示了甜瓜的3次独立驯化历史（两次发生在印度、一次发生在非洲），发现薄皮甜瓜亚种和厚皮甜瓜亚种分别来自于亚洲的两次独立驯化事件，进而导致了驯化性状的改变（如通过驯化不同的基因导致厚皮甜瓜果实完全失去苦味，薄皮甜瓜在逆境条件后果实变苦）；
通过表型精准鉴定获得10余万个表型数据，全基因组关联分析（GWAS）定位了200余个与甜瓜品质、形态等重要农艺性状相关的基因和位点，为基因挖掘和分子辅助育种体系的建立奠定了坚实的基础。
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来源丨植物科学最前沿、iplants、BioArt植物、各发文国际期刊等
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南方农村报丨农财宝典
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