中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所對外發(fā)布，該所研究團隊成功組裝了全球首個染色體級別高質(zhì)量油茶基因組，揭示了油茶物種進化歷史及其種子高油脂、高不飽和脂肪酸含量的馴化機制，建立了油脂性狀早期選擇技術(shù)體系。油茶基因組的破譯，實現(xiàn)了油茶從傳統(tǒng)育種向基因組育種的跨越，為提高良種的選育效率、保障我國糧油安全奠定了重要基礎(chǔ)。相關(guān)成果于1月10日在線發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《基因組生物學(xué)》上。

打開油茶生命“黑匣子”，首個高質(zhì)量油茶基因組圖譜問世

油茶，泛指山茶科山茶屬植物中油脂含量高，具有一定栽培面積的，有經(jīng)濟栽培價值的物種的總稱，是我國主推的重要木本油料樹種。我國現(xiàn)有油茶種植面積7000萬畝，以普通油茶為主，年總產(chǎn)值1200億元左右。油茶籽油中不飽和脂肪酸達90%以上，具有極高的保健價值，被譽為“液體黃金”。

然而，研究發(fā)現(xiàn)，油茶基因組具有雜合率高、重復(fù)序列占比大的特點，其雜合率達到了2.52%，遠(yuǎn)高于大部分已測序的物種，這為基因組組裝帶來了巨大挑戰(zhàn)。

為此，研究團隊經(jīng)過4年多的努力，通過三代測序技術(shù)獲得了二倍體油茶的基因組圖譜，并將基因組錨定到15條染色體上，錨定率達到91.33%，成功組裝了全球首個染色體級別的高質(zhì)量油茶基因組圖譜。同時，利用控制雜交的群體建立了高密度的遺傳標(biāo)記連鎖圖譜，對基因組圖譜組裝進行了進一步的校正。這一研究結(jié)果，如同打開了油茶生命活動的“黑匣子”，使油茶基因組學(xué)研究和分子改良育種邁入全新的發(fā)展階段。

進入精細(xì)育種時代，實現(xiàn)從傳統(tǒng)育種向基因組育種跨越

區(qū)別于以葉用為目的的茶和以觀賞為目的的山茶，油茶在人工選擇作用下進化成以種子油脂為主要栽培目的的木本油料樹種，使其成為研究植物種子油脂性狀馴化的絕佳材料。

為揭秘油茶的“身世”，研究團隊利用組裝的油茶基因組內(nèi)旁系同源基因間的同義突變對比分析，發(fā)現(xiàn)油茶基因組共發(fā)生兩次全基因組復(fù)制事件：第一次為古老的γ復(fù)制，第二次發(fā)生在山茶屬與獼猴桃屬分化前不久，而山茶屬形成之后并沒有發(fā)生特殊的全基因組復(fù)制事件。

研究團隊通過山茶—獼猴桃、山茶—柿、柿—獼猴桃屬間同源突變率的比較印證了這一觀點。這一重大發(fā)現(xiàn)解開了油茶物種的起源和演化機制的奧秘。

中國科學(xué)院院士錢前說，油茶基因組的破譯，實現(xiàn)了油茶從傳統(tǒng)育種向基因組育種的跨越，開啟油茶精細(xì)育種時代，為分子設(shè)計高產(chǎn)抗性強的油茶新品種提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

保障糧油安全“重要法寶”，縮短育種周期提升育種效率

作為我國特有的、種植歷史悠久的木本油料作物，油茶至今已有2300多年的栽培和食用歷史。隨著油茶產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，油茶已然成為農(nóng)民增收、保障糧油安全和助力鄉(xiāng)村振興的“重要法寶”。

然而，由于油茶具有童期長、“抱子懷胎”(從開花到果實成熟需要整1年)等特性，油茶育種年限長，新品種選育緩慢，選育速度無法滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，嚴(yán)重阻礙了油茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

基于此，研究團隊利用該研究中獲得的油脂代謝關(guān)鍵基因內(nèi)的單核苷酸多態(tài)性位點基因型與油脂性狀的相關(guān)性，篩選出10組可用于高含油率、高油脂品質(zhì)種質(zhì)資源早期鑒別的單核苷酸多態(tài)性基因型。該研究首次構(gòu)建了油茶油脂性狀早期選擇技術(shù)體系，苗期選擇效率可達到68.42%-86.96%，相關(guān)內(nèi)容已申報國家發(fā)明專利，有望有效縮短油茶育種周期，提高油茶育種效率。

未來，研究團隊將在二倍體油茶基因組的基礎(chǔ)上，進一步解析多倍性油茶種質(zhì)資源的基因組，挖掘和鑒定油脂產(chǎn)量與品質(zhì)、重要功能性成分等性狀的主效基因或基因型，開展重要經(jīng)濟性狀的分子標(biāo)記輔助精準(zhǔn)預(yù)測，為油茶分子育種提供工作基礎(chǔ)。(楊瑩瑩)

關(guān)鍵詞： 糧油安全 遺傳密碼 我國科學(xué)家 科學(xué)家破譯