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PAG重磅报告 | 凌宏清:普通小麦基因组重测序及遗传多样性分析

2019年6月6日至8日,动植物基因组学领域的顶级盛会PAG ASIA 2019(亚洲动植物基因组大会)首次在中国举办,来自亚洲各国的350+专家汇集一堂。华大科技于6月7日组织了一场以“世界主要粮食作物群体基因组研究” 为主题的workshop,邀请到5位海内外顶级的作物研究大咖传道授业。

现场

本文科技君将分享中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员凌宏清老师的精彩报告,凌宏清老师曾主导完成小麦A基因组草图和精细图谱绘制,研究成果均发表于《Nature》(详情),是小麦基因组学领域的资深专家。


报告主题:普通小麦基因组重测序及遗传多样性分析

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🔻 小麦历史回顾

生产上广泛种植的面包小麦是一个经两次自然杂交而形成异源六倍体,含有A、B和D三个基因组。多倍体小麦主要有2种类型,分别为四倍体栽培小麦 (硬粒小麦,Triticum durum, AABB) 和六倍体面包小麦 (Triticum aestivum, AABBDD) ,二者祖先均为四倍体野生二粒小麦。


小麦的培育和种植伴随着人类文明的发展,至今已有超过10000年的历史。2016年全球小麦产量约为7.5亿吨,欧洲、美国、中国、印度、俄罗斯是主要的小麦产量大国,小麦已经是全球最重要的粮食作物。


同时,小麦也是世界上消耗量最大的农作物,小麦提供了人类所需热能和蛋白质的20%,全世界每年人均小麦消费量达到65公斤。2050年全球人口将达到96亿,相应的小麦产量需要提高60%才足以支撑如此庞大的人口。



🔻 小麦育种研究的挑战与突破

普通小麦的基因组约16Gb,是水稻基因组的40倍,且80%以上基因组为重复序列,大而复杂的基因组给小麦育种研究和改良带去诸多困难,其研究水平远远落后于水稻及其他主要作物。


2013年小麦基因组草图发表,到2018年精细图面世,高通量测序技术帮助科学家绘制出首张小麦A基因组草图(值得一提的是,华大基因作为合作单位,参与该成果的发布)。


在凌宏清老师及多位学者的领衔下,通过构建A基因组BAC文库和BAC测序,结合全基因组PacBio测序以及最新物理图谱构建技术(BioNano和10x Genomics),研究团队最终完成了乌拉尔图小麦基因组测序和精细组装,绘制出小麦A基因组7条染色体的分子图谱,注释出了41,507个蛋白编码基因。


通过与水稻、高粱和短柄草基因组的比较和共线性分析,研究团队推演出小麦A基因组7条染色体的进化模型,并鉴定出了小麦A基因组从二倍体、经四倍体到六倍体进化过程中的染色体结构变异。


群体遗传学分析显示来自于新沃月地区的乌拉尔图小麦可分为三个亚群,其遗传多样性与海拔高度密切相关,并证明海拔高度在乌拉尔图小麦适应环境和重要性状(如白粉病抗性)形成中起到重要作用。



🔻 小麦重测序近况与未来方向

目前小麦已有超过10000年的种植历史,品种遍布世界六个大陆,研究小麦不同品种间的遗传多样性将更好地为科学育种提供帮助,是目前的工作重点。


研究团队基于BGI-Seq500测序平台,对来自中国、美国及中东地区的500份不同品系的小麦样本进行重测序,共获得105.01Tb的Clean data,平均每个品系210.03 Gb,识别出三个亚基因组中SNP和inDel的个数及在每条基因组上的密度。


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凌宏清老师表示,下一步的工作重点将围绕面包小麦的基因组单体型、遗传变异与表型的关联分析、小麦的适应性进化等方面研究。


感谢凌宏清老师的精彩分享,期待更多研究成果!查看详情>>