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科技日?qǐng)?bào)記者 王祝華
8月5日，記者從中國(guó)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(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士團(tuán)隊(duì)、梁承志研究員團(tuán)隊(duì)，近日在國(guó)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(jī)制，對(duì)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(shí)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(guó)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(gè)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(yán)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(shí)，上百年的馴化已經(jīng)在基因組上留下了選擇痕跡。通過對(duì)栽培種和來自馬托格羅索州的野生種對(duì)比分析，鑒定到數(shù)十個(gè)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(shì)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(yuǎn)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(jìn)一步揭示調(diào)控乳管分化的關(guān)鍵基因，研究人員對(duì)208份橡膠樹種質(zhì)材料進(jìn)行GWAS分析發(fā)現(xiàn)，HbPSK5基因在形成層區(qū)域特異表達(dá)。該基因的啟動(dòng)子區(qū)域存在一個(gè)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于乳管少的種質(zhì)，群體分析進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(gè)HbMYC成員可轉(zhuǎn)錄激活該基因的啟動(dòng)子。在橡膠草生產(chǎn)過程中表達(dá)HbPSK5及其轉(zhuǎn)錄激活因子HbMYC26均可以顯著促進(jìn)橡膠草根部乳管形成，進(jìn)而提高天然橡膠含量。
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