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麻类所科学家首次揭示苎麻驯化机制

作者:刘头明

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日期:2021-05-31

  近日,中国农业科学院麻类研究所刘头明研究员课题组联合有关单位在《植物杂志(The Plant Journal)》上发表研究论文,通过开展野生和栽培苎麻基因组比较及群体进化分析,科学家首次系统揭示了苎麻驯化过程中基因组的演化特点,并发现了多个纤维生长相关基因的驯化选择印迹。

  苎麻是我国特有的纤维作物,在我国已有数千年的种植历史。苎麻嫩茎叶粗蛋白含量高,具有生物产量大、可多茬收割等优点,近年来在我国南方地区被用作优质饲草作物。但苎麻作为饲草,纤维含量过高会显著影响饲草加工效率和动物采食性能。因此,解析苎麻纤维形成机制,对于定向选育高纤维纤用苎麻或低纤维饲用苎麻均具有重要的意义。分类学、遗传学等研究表明栽培苎麻是从野生苎麻(Boehmeria nivea var. tenacissima)驯化而来,但野生苎麻纤维产量并不高。可见,在栽培苎麻驯化过程中,纤维发育相关基因受到了重点选择。然而,有关栽培苎麻的驯化分子机制,一直未被阐明。

  研究人员测序组装了野生种“青叶苎麻”和栽培种“中饲苎1号”基因组,得到两个高质量的基因组。通过序列比较发现两个基因组存在大量序列变异。研究人员进一步对14个野生苎麻种质和46个栽培种进行重测序,并构建了苎麻的基因组变异图谱。通过野生和栽培种苎麻基因组组装和比较,结合群体变异组分析,科研人员发现了多个与纤维产量相关的基因组片段具有清晰的驯化选择印迹。

  麻类所王延周副研究员、博士研究生李富、硕士研究生何巧芸和上海欧易生物医学科技有限公司鲍志贵为共同第一作者,麻类所刘头明研究员为论文通讯作者。上海辰山植物园杨俊研究员为论文修改提供建议。本研究得到国家自然科学基金,中国农业科学院农业科技创新工程和现代农业产业技术体系项目资助。

  据悉,麻类所刘头明课题组长期从事植物资源饲料化利用研究,近五年来围绕畜禽养殖中关注的高蛋白饲草、抗生素替代等产业问题,开展了系统的研究。针对我国南方地区高蛋白牧草资源匮乏问题,推动高蛋白苎麻的饲草化利用研究;围绕饲用苎麻高纤维影响饲用品质的产业问题,重点开展了苎麻纤维形成的遗传、分子调控机制研究,从头驯化选育了低纤维、青叶型饲用苎麻品种青饲苎1号和青饲苎2号(粗蛋白含量、生物产量均与苜蓿相当),配套了饲用苎麻收获机械装备及相关栽培技术。针对我国已全面禁止饲料抗生素使用的问题,大力推动大蒜秸秆饲料化综合利用,充分利用秸秆副产物中的大蒜素抗菌消炎活性成分,以提高畜禽疾病免疫力。

    原文链接:https://doi.org/10.1111/tpj.15346

图一 苎麻基因组特征及进化

图二 苎麻纤维产量性状的驯化选择

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