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中国科学家绘成世界首张家蚕超级泛基因组图谱

时间:  2022-10-10 09:17      创新科技

    基因组研究蚕有“数字词典”。10月9日,西南大学宣布,家蚕基因组生物学国家重点实验室团队完成了大规模家蚕种质资源的基因组分析,在国际上首次绘制了家蚕的超级泛基因组图谱,并率先创建了“数字家蚕”基因库,使蚕学进入信息时代,打开了我国家蚕基因设计育种的大门。这项成果最近在线发表在《自然通讯》上。

    家蚕是重要的经济昆虫和新兴模式生物,但之前只有单一的参考基因组和部分重测序,不足以支持基因组变异和优良基因的深度挖掘,尤其是对于分子育种。因此,对家蚕种质资源进行基因组数字化,构建家蚕超泛基因组图谱显得尤为重要。

    家蚕基因组生物学国家重点实验室主任、国家蚕业技术体系首席科学家戴方银教授团队历时4年,对1078份家蚕种质资源进行了深入测序,在国际上首次绘制了家蚕超泛基因组图谱。

  “这1078份家蚕种质资源覆盖了世界‘丝绸之路’的主要蚕区,涵盖了世界代表性家蚕种质资源的90%以上。样本量大,覆盖面广。”据戴银教授介绍,这个“千蚕基因组”包括47个野蚕、205个原蚕品种、194个实用品种和632个突变体。

    基因组是一个生物所有遗传物质的总和,泛基因组是指一个物种内所有基因组信息的总和,比单个参考基因组涵盖了更多的遗传多样性。自2003年西南大学完成家蚕基因组的框架图谱以来,科学界一直在对家蚕基因组进行测序,希望能绘制出更完整、更深入的“精细图谱”。而以往对家蚕群体基因组科学的研究,样本数量只有几十个或者100多个,而且都是基于二代测序技术,导致测序时间长,样本少,信息有限。随着第三代测序技术的成熟,实现了泛基因组研究。

    本项目测序样本数量超过1000个,其中545个代表性资源进行了三代测序,545个家蚕进行了高质量基因组组装,获得了最广泛的家蚕遗传变异信息。超级泛基因组包含了目前最全面的桑蚕和天蚕基因组信息。是世界上最大的动植物长阅长泛基因组图谱,也是质量最高的蚕基因组图谱。

    “数字家蚕”基因文库有助于设计和育种。

    以前识别某个特定性状的基因或其因果变异就像大海捞针,现在可以称之为“瓮中捉鳖”,因为超级潘基因组提供了“精细网格化”的坐标指导,对专家来说就像“查字典”。发布会上,中国工程院院士向钟槐描述了这个超级泛基因组的角色。

  “在目前的‘泛基因组’之前,我们可能需要3到5年才能完成一项特质基因的研究,而现在只需几天、几个月就可以完成。”国家蚕业技术体系岗位科学家、西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室教授童晓玲解释说,真核生物基因组由ATCG的四个碱基组成,类似于计算机的二进制代码,通过有机排列组合,存储了一个物种所有可遗传性状或表型的遗传信息。家蚕超级Pan-基因组图谱是一个涵盖了家蚕所有遗传信息的图谱。通过这个图谱,表型和基因组密码可以直接连接。

    传统育种是通过表型选择实现优良的基因聚合,选择效率低,周期长。随着基因组时代的到来,分子育种技术成为解决这一瓶颈的关键。泛基因组的完成,可以大大提高优秀基因育种的挖掘效率。在此基础上,可以根据育种目标,结合基因组选择、基因编辑、合成生物学等分子育种手段,实现设计育种。

  “家蚕超泛基因组的建成,将突破其育种瓶颈,开启分子育种新时代。”钟淮院士表示,这是近百年来蚕研究的最大成果,使蚕学进入信息时代,开启了蚕功能基因组研究和分子育种研究的新篇章,是科技支撑丝绸产业振兴的新起点。

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