【Nat Biotechnol】木豆基因组破译加速育种发展
Nat. Biotechnol.：木豆基因组破译加速育种发展
2011/11/07 14:05:28
2011年11月7日，由国际半干旱地区热带作物研究所(ICRISAT)主导，美国乔治亚大学、美国加州大学戴维斯分校、美国冷泉港实验室、美国国家基因组资源中心。深圳华大基因研究院等单位共同合作完成的木豆基因组研究成果在国际权威杂志《自然-生物技术》（Nature Biotechnology）上在线发表。木豆是继大豆之后第二个完成基因组测序的食用豆类，其基因组测序的完成将有助于科学家们从基因组水平更好地了解木豆的生物学特性，对提高木豆的质量、产量和促进亚洲及撒哈拉以南的非洲等地区的可持续性粮食生产具有重大意义。本项目得到了国际农业研究顾问机构 (CGIAR)开展的全球挑战计划(Generation Challenge Programme, GCP)的大力支持。
木豆是木豆属Cajanus中唯一的一个栽培种Cajanus cajan，为世界第六大食用豆类，也是迄今为止唯一的一种木本食用豆类作物。木豆原产于印度，距今大约已有6000年的栽培历史，目前全世界木豆栽培面积为500多万公顷，主要分布在亚洲、非洲撒哈拉沙漠以南和美国中南部，其中，栽培面积最大的是印度，占世界的80%以上。木豆在世界的半干旱地区是一种非常重要的食用豆类，由于其高蛋白含量被称为“穷人的肉”，与谷类一起搭配食用可保证当地居民的膳食平衡。木豆基因组结构和功能的研究对提高木豆的质量、产量和增强其对恶劣环境的抵抗能力和防治病虫害等方面具有重要意义。
研究人员通过新一代测序技术对木豆的DNA进行测序、组装和注释，推测出木豆的基因组大小约为833.07Mb（组装得到的基因组大小约为 605.78Mb），并预测其含有48,680个基因。研究人员发现了一些木豆所特有的耐旱基因，这些基因可以被转入到大豆、豇豆或者菜豆等其他豆类植物中，从而提高这些豆类的耐旱性，这将有助于改善干旱地区贫困农民的生计。文章的第一作者之一、华大基因该项目负责人陈文彬介绍说：“在对木豆的基因组进行分析时，我们发现这些与耐旱相关的基因在整个木豆的驯化及其祖先的进化历史上很可能扮演着非常重要的角色。木豆基因组序列图谱的完成为深入探讨其重要农业性状奠定了坚实的遗传学基础，并将有助于具有优良性状的木豆新品种的研究与开发”。
国际半干旱地区热带作物研究所所长 William D. Dar说：“目前全球正面临着几十年来最严重的旱灾和饥荒，尤其是非洲。以科学为基础的、可持续的农业发展对帮助干旱地区人民摆脱贫困和饥荒是至关重要的。木豆基因组序列图谱的完成对加速新品种培育、提高作物产量以及改善民生具有非常重要的意义。”
文章的第一作者、该项目的首席科学家Rajeev Varshney博士解释说：“目前，通过传统的方法培育一个新品种大概需要6-10年的时间，而木豆基因组序列图谱将有助于加快木豆‘优良基因’的筛选，可使培育一个新品种的时间缩短至3年，同时也会使成本大大降低。” 华大基因主席杨焕明院士表示：“此次木豆基因组项目的重大成果对中印两国科学家之间的合作具有里程碑式的意义，说明中印两国的科学家在基因组学研究领域已经建立了良好的合作关系和深刻的共识。希望将来我们能有更多的合作机会，为整个世界和人类做出更多贡献。”
Draft genome sequence of pigeonpea (Cajanus cajan), an orphan legume crop of resource-poor farmers
doi: 10.1038/nbt.2022
Pigeonpea is an important legume food crop grown primarily by smallholder farmers in many semi-arid tropical regions of the world. We used the Illumina next-generation sequencing platform to generate 237.2 Gb of sequence, which along with Sanger-based bacterial artificial chromosome end sequences and a genetic map, we assembled into scaffolds representing 72.7% (605.78 Mb) of the 833.07 Mb pigeonpea genome. Genome analysis predicted 48,680 genes for pigeonpea and also showed the potential role that certain gene families, for example, drought tolerance–related genes, have played throughout the domestication of pigeonpea and the evolution of its ancestors. Although we found a few segmental duplication events, we did not observe the recent genome-wide duplication events observed in soybean. This reference genome sequence will facilitate the identification of the genetic basis of agronomically important traits, and accelerate the development of improved pigeonpea varieties that could improve food security in many developing countries.