五种非洲孤儿作物基因组草图：拓展粮食安全的遗传资源
为使全球粮食供应多样化并加强营养安全，未充分利用的作物——通常被称为孤儿作物——提供了一条重要路径。与小麦、水稻和玉米等主要主粮作物不同，这些物种尽管具有经济、营养和环境意义，但在现代育种计划中仍被大大忽视。在我们发表于 GigaScience 的最新研究中，我们展示了五种非洲孤儿作物的基因组草图组装，揭示了它们的遗传多样性和农业改良潜力。
主要发现
- 五个物种的基因组测序与组装：
我们成功测序并组装了以下物种的基因组：
- Vigna subterranea（班巴拉花生）：一种耐旱豆科植物，富含蛋白质和碳水化合物。
- Lablab purpureus（扁豆）：一种具有固氮能力的多用途豆科植物。
- Faidherbia albida（苹果环相思树）：一种适应干旱地区的固氮农林树种。
- Sclerocarya birrea（马鲁拉树）：一种具有营养和药用价值的果树。
- Moringa oleifera（辣木）：一种生长迅速的树木，其叶片以高蛋白质和抗氧化剂含量著称。
- 基因注释与功能洞见：
基因注释提供了淀粉生物合成、转录因子演化和固氮途径的高分辨率洞见。
- Vigna subterranea 表现出淀粉代谢基因的扩张，可能有助于其高抗性淀粉含量。
- Faidherbia albida 显示出根瘤共生的独特适应，促成了其固氮能力。
- 比较基因组分析发现了参与抗逆性、果实发育和代谢调控的基因家族，为育种改良提供了宝贵靶点。
- 系统发育分析与演化分化：
利用单拷贝基因，我们构建了系统发育树，估算了这些孤儿作物与相关物种之间的演化分化时间。
- Moringa oleifera 与 Carica papaya 约在 6500 万年前分化，而 Faidherbia albida 在 7900 万年前与其他豆科植物分离。
- 基因家族扩张和收缩分析揭示了与环境适应力相关的适应性基因组特征。
思考
这项研究是非洲孤儿作物基因组计划的一部分，该计划于 2015 年启动，旨在系统测序和分析在非洲农业和粮食安全中发挥关键作用的孤儿作物。项目与加州大学戴维斯分校和非洲孤儿作物联盟（AOCC）合作开展，样本由世界农用林业中心（ICRAF）提供。通过利用高通量测序技术，我们成功为五种关键作物组装了基因组参考，为未来的育种、保护和农业发展贡献了重要的遗传洞见。
展望未来，我们将继续拓展代表性不足作物的基因组资源，通过基因组驱动的植物育种支持可持续农业并改善粮食安全。
本研究的全文可在 GigaScience 在线获取。