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橡膠樹馴化遺傳機制解析取得重大突破

2023-08-08 09:53:57 來源：科技日報

(資料圖)

8月5日，記者從中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉，該院橡膠研究所田維敏教授團隊聯(lián)合中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士團隊、梁承志研究員團隊，近日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然通訊》上發(fā)表“橡膠樹馴化的基因組學(xué)研究”研究論文，系統(tǒng)闡明了橡膠樹早期馴化的遺傳基礎(chǔ)，揭示了增加的乳管列數(shù)量是橡膠樹早期馴化的主效性狀，并通過全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS)鑒定到調(diào)控乳管數(shù)量的馴化基因。該研究系統(tǒng)分析了橡膠樹150年馴化的分子機制，對橡膠樹高產(chǎn)育種及其他產(chǎn)膠植物的快速馴化均具有重要的指導(dǎo)意義。

橡膠樹是世界天然橡膠的主要來源。經(jīng)過一百余年的選擇和改良，目前四生代無性系熱研8-79的產(chǎn)量是未經(jīng)選擇實生樹的4倍左右，但其馴化的遺傳基礎(chǔ)有待解析。論文共同第一作者、中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所的晁金泉副研究員介紹，雖然此前學(xué)界已發(fā)布了多個版本的橡膠樹基因組，但基因組組裝質(zhì)量不理想，碎片化嚴重，大大限制其在群體遺傳學(xué)研究中的應(yīng)用。

為了揭示橡膠樹馴化分子事件，研究人員首先構(gòu)建了迄今質(zhì)量最高的橡膠樹基因組以及覆蓋最廣的橡膠樹基因組變異圖譜。通過群體結(jié)構(gòu)分析后證實，上百年的馴化已經(jīng)在基因組上留下了選擇痕跡。通過對栽培種和來自馬托格羅索州的野生種對比分析，鑒定到數(shù)十個與產(chǎn)量相關(guān)基因，栽培種這些基因的核苷酸多態(tài)性明顯低于野生種，并出現(xiàn)了優(yōu)勢單倍型。

樹干樹皮中的次生乳管密切聯(lián)系著天然橡膠生產(chǎn)，是橡膠樹產(chǎn)量形成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。與野生種相比，栽培種的橡膠產(chǎn)量顯著提高。研究發(fā)現(xiàn)，栽培種的次生乳管列數(shù)量遠多于野生種，而橡膠合成效率差異性不大，表明乳管是橡膠樹早期馴化的目標(biāo)性狀。

為進一步揭示調(diào)控乳管分化的關(guān)鍵基因，研究人員對208份橡膠樹種質(zhì)材料進行GWAS分析發(fā)現(xiàn)，HbPSK5基因在形成層區(qū)域特異表達。該基因的啟動子區(qū)域存在一個與乳管數(shù)量密切關(guān)聯(lián)的SNP(G/A)，乳管多的種質(zhì)基因型GG比例要遠遠高于乳管少的種質(zhì)，群體分析進一步顯示GG基因型在橡膠樹育種過程中得到了選擇。此外，通過實驗形態(tài)學(xué)的手段，證明人工合成的磺肽素可以有效誘導(dǎo)次生乳管形成。研究人員揭示了5個HbMYC成員可轉(zhuǎn)錄激活該基因的啟動子。在橡膠草生產(chǎn)過程中表達HbPSK5及其轉(zhuǎn)錄激活因子HbMYC26均可以顯著促進橡膠草根部乳管形成，進而提高天然橡膠含量。

(責(zé)任編輯：范曉婷)

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