鹰嘴豆属超级泛基因组研究为鹰嘴豆改良提供洞见
2024 年 5 月 23 日在线发表于 Nature Genetics 的一项研究，展示了八个野生鹰嘴豆近缘物种的基因组和一个鹰嘴豆属（Cicer）超级泛基因组，为作物改良提供了资源。
鹰嘴豆是一种重要的豆科作物，遗传多样性有限，这可能阻碍提高其抗逆性和生产力的努力。为应对这一挑战，一个国际研究团队——包括华大研究院的刘心以及来自莫道克大学、国际半干旱热带作物研究所（ICRISAT）和西澳大学的合作者——研究了鹰嘴豆野生近缘物种中的遗传资源。他们的研究发表在 Nature Genetics 上，描述了鹰嘴豆属”超级泛基因组”的开发。
该研究成功为八个一年生野生鹰嘴豆物种生成了高质量基因组组装。这项工作为这些物种提供了宝贵的基因组信息，这些信息此前缺乏，限制了它们在育种中的应用。
开发鹰嘴豆属超级泛基因组
通过分析这八个新的野生基因组以及现有的栽培鹰嘴豆基因组，团队构建了一个鹰嘴豆属超级泛基因组，代表了这些物种中发现的大量基因集合。主要发现包括：
- 基因含量： 超级泛基因组包含 24,827 个基因家族，分为核心（存在于所有物种中）、软核心、非必需（存在于部分物种中）和物种特异类群。
- 农艺相关性： 非必需基因集显示出与防御反应等功能相关的基因富集，可能为育种提供有用性状。
- 演化背景： 该研究提供了一年生鹰嘴豆物种的最新系统发育关系和分化时间估计。
- 遗传变异： 创建了全面的遗传变异目录（SNP、InDel 和大结构变异 SV），突出了野生与栽培物种之间的差异。
- 性状相关变异： 值得注意的是，在已知影响开花时间、春化和抗病性等性状的基因中或其附近鉴定了变异，包括结构变异。
图基因组构建
为了更好地利用复杂的变异数据，尤其是结构变异，研究者构建了一个基于图的泛基因组。这种结构将变异整合到参考基因组中，与使用单一线性参考相比，提高了不同鹰嘴豆材料的读段比对和 SV 基因分型准确性。
影响与应用
我们认为，这个鹰嘴豆属超级泛基因组及相关的图基因组是研究界的有用资源。它们提供了对该属遗传多样性的更深入理解，并鉴定了野生近缘物种中可能与改良栽培鹰嘴豆相关的特定遗传变异。这些信息预计将通过标记辅助选择或基因编辑技术促进改良鹰嘴豆品种的开发。
我们的合作角色与简要思考
我们与 Rajeev Varshney 博士领导的长期合作伙伴一起，对鹰嘴豆分支内的多个豆科物种进行了测序和组装。我们首次提出了超级泛基因组的概念，通过比较基因组分析，清晰描绘了野生鹰嘴豆物种与栽培鹰嘴豆之间的显著基因组差异——尤其是影响关键功能基因的大量结构变异。我们的合作者进一步验证了其中一些结构变异直接影响开花时间等性状。
这项研究全面展示了鹰嘴豆的遗传多样性和演化历史。通过捕获完整的野生基因库并将其整合到超级泛基因组中，我们的工作为推进鹰嘴豆育种和作物改良提供了重要信息。我们相信这些基因组资源和洞见将成为全球研究者和育种家的重要参考。
阅读全文： Khan, A.W., Garg, V., Sun, S. et al. Cicer super-pangenome provides insights into species evolution and agronomic trait loci for crop improvement in chickpea. Nat Genet 56, 1225–1234 (2024). 在线发表于：2024 年 5 月 23 日. https://doi.org/10.1038/s41588-024-01760-4