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番茄基因组研究取得重大突破

来源:农业部
摘要:由中国、美国、荷兰、以色列等14个国家的300多位科学家组成的“番茄基因组研究国际协作组”,经过8年多的艰苦努力,完成了对栽培番茄全基因组的精细序列分析。茄科植物包含了世界上最多最重要的蔬菜作物,在世界农业中的地位仅次于禾本科和豆科,选择代表蔬菜和水果果实发育和成熟过程的模式植......

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由中国、美国、荷兰、以色列等14个国家的300多位科学家组成的“番茄基因组研究国际协作组”,经过8年多的艰苦努力,完成了对栽培番茄全基因组的精细序列分析。该成果于5月31日以封面文章发表在国际权威学术期刊《自然(Nature)》上。 

茄科植物包含了世界上最多最重要的蔬菜作物,在世界农业中的地位仅次于禾本科和豆科,选择代表蔬菜和水果果实发育和成熟过程的模式植物并对其基因组进行精细序列分析是我国乃至世界农业的迫切需求。而番茄作为茄科植物的代表,是研究果实发育和成熟过程的经典模式植物。此次科学家通过国际合作获得的高质量番茄基因组序列分析,解码了栽培番茄与其祖先野生醋栗番茄的基因组,发现了栽培番茄果实发育和营养品质进化的基因组基础,为番茄育种中利用野生资源的优异基因提供了有力的工具,将极大地推动番茄乃至包括马铃薯、辣椒、茄子等在内的茄科植物的功能基因组研究,为培育具有高产、优质、抗病虫害、抗逆等优良性状的番茄新品种打下了良好基础,对推动全世界番茄生产具有重要意义。 

在番茄基因组研究中,中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究员和薛勇彪研究员负责完成了第3号染色体的测序工作,中国农业科学院蔬菜花卉研究所黄三文研究员和杜永臣研究员负责完成了第11号染色体的测序工作。中国科学家高质量完成了番茄基因组测序总任务的1/6,标志着我国是番茄基因组学研究的强国之一,在国际蔬菜基因组研究领域具有国家优势地位。 

目前我国蔬菜种业面临着强大的国际竞争,跨国种子公司已占据了相当一部分高端种子市场。如何把基础科研的优势转化为产业的优势,研究培育更多优良品种,是我国面临的主要挑战。为此科学家建议,国家有关部门应给予大力支持,在进一步巩固蔬菜基因组研究优势的基础上,加强蔬菜作物分子设计育种体系建设,并与常规育种相结合,加速自主知识产权优良品种的培育,支撑我国蔬菜产业可持续发展,提升我国蔬菜种业的国际竞争力。 

西红柿又名番茄、洋柿子、狼桃、番李子、金橘……这种最初被视为有毒物的蔬菜,至今已经在我们日常饭桌上十分常见了,但是对于这种植物的遗传机制,科学家们了解的还并不是很多。来自美国康奈尔大学,英国诺丁汉大学,中科院国家基因研究中心等处的研究人员近期发表文章“The tomato genome sequence provides insights into fleshy fruit evolution”,首次公布了西红柿(Solanum lycopersicum)的基因组,此次测序的西红柿品种为Heinz 1706。这一相关成果公布在Nature杂志上。

这项成果概况了西红柿基因组协会(TGC)多年来的努力,这一国际性协会囊括了来自阿根廷,比利时,中国,法国,德国,印度,以色列,意大利,美国等14个国家的超过300名科学家。

来自康奈尔大学Boyce Thompson植物研究院,以及美国农业部的James Giovannoni领导了美国西红柿测序团队,这一团队由几个研究机构组成,其中野生型西红柿(Solanum pimpinellifolium)基因组序列,由冷泉港实验室完成。

这项研究报道称,西红柿共有约35000个基因,12条染色体,“关于西红柿的各种特性,包括味道,天然抗虫性,以及营养成分等,我们都已经捕获了实质上的几乎所有基因”,Giovannoni说。

Nature文章详细描述了这些基因的序列,以及其在染色体上的分布,“西红柿基因组序列分析有助于肉质果实的进化研究”,这些信息也将能用于培育人们喜欢的改良后的口味和更加丰富的营养,如番茄红素,除此之外,在降低成本,对抗病原体,干旱和瘟疫等方面,基因组序列也提供了重要信息。

而且随着这种西红柿基因组信息的公开,种子公司,以及植物改良人员进行其它类型研究和研发需要的基因组测序,也将更加容易和便宜,Giovannoni说。这首个西红柿基因组测序花费的成本达到了上百万美元,之后的测序也许就能降低到10万美元以下了。

为了能方便研究人员获得西红柿,及其相关物种的基因序列,Boyce Thompson研究院的Lukas Mueller及其团队创建了一个互动网站:www.solgenomics.net,除此之外,Boyce Thompson研究院的费张军(Zhangjun Fei,音译),以及Joyce Van Eck也公布了他们的分析数据。

另外英国部分承担的是4号染色体,这一团队由诺丁汉大学和伦敦帝国理工学院,以及基因组分析中心,詹姆斯•赫顿研究所,东英吉利大学(UEA)和自然历史博物馆的科学家们组成。他们完成了高质量的被全世界视为标准的染色体序列。

这项序列分析揭示了西红柿基因的相对关联,这将有助于揭示西红柿基因和其展现的特性之间的关系。西红柿作为茄科家族的成员之一,其新序列也将为确认西红柿茄科亲属,比如土豆,辣椒,茄子和矮牵牛等,提供参考。目前从经济价值和产量来看,茄科家族是世界最重要的蔬菜作物家族。

中国曾与荷兰科学家共同发起了“100个番茄基因组研究计划”,去年5月,华大基因(BGI)和荷兰TTIGG共同宣布启动这一计划,希望能用1年的时间完成100个番茄基因组的测序和组装工作,并基于测序所获得的大量的数据进行信息分析和深度挖掘,解析番茄基因组序列,为培育高产、优质、抗病虫害等优良性状的新品种奠定坚实的基础。

参与此项研究的中方研究机构包括:北京市农林科学院、中国科学院国家基因研究中心、深圳BGI、中国农业大学、中国农业科学院蔬菜花卉研究所等。

(生物通:张迪)

作者: 2012-5-31
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