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2019年4月3日

中大林漢明教授發表全球首個野生大豆參考基因組

2019年4月3日
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農業生物技術國家重點實驗室(香港中文大學)主任及中大生命科學學院教授林漢明教授

野生大豆W05(左)及培植大豆

野生大豆W05基因組

農業生物技術國家重點實驗室(香港中文大學)主任、中大生命科學學院教授林漢明教授領導的國際合作研究團隊,完成全球首個野生大豆的參考基因組,為世界大豆基因研究提供重要的工具,亦為豆科植物的比較基因組學與大豆品種改良研究奠定了基礎,有助提升大豆的耐逆能力和其他農藝性狀,從而擴大大豆的耕種範圍,為可持續農業生產作貢獻。有關研究成果日前於國際著名學術期刊《自然•通訊》(Nature Communications)上發表。 

林漢明教授表示:「野生大豆參考基因組在比較基因組和進化研究中有重要價值,可以幫助尋找重要基因,最終實現改良培植大豆品種,幫助研發高產、優質、耐逆大豆。我們這次研究的發現,將可以為其他致力挖掘大豆基因信息的科研團隊,提供一個重要的參考。」

大豆起源於中國,原始的野生品種經歷數千年的馴化過程,成為一種重要的經濟作物,傳播至世界各地。隨著科學發展和農業技術需求的變化,林漢明教授十年前率先應用嶄新的基因組學技術,發現野生大豆比培植大豆有更豐富的生物多樣性和基因資源,可用於提升培植大豆的抗逆性、種子蛋白質和次級代謝產物含量等農藝性狀。然而,由於以往大豆基因組學研究主要依賴以美國培植大豆Williams 82的基因組為參考,未能有效地闡明野生大豆特有的基因信息。 

是次研究林漢明教授團隊針對野生大豆W05,應用由華大基因提供的第三代測序技術,加上其他嶄新基因組測序和生物信息學技術,繪製出達至染色體級別的高質量野生大豆參考基因組。研究人員通過此基因組與已有的培植大豆基因組比較分析發現,野生大豆與培植大豆存在顯著的基因組結構差異,這些差異在大豆基因定位研究、育種實踐方面具有重要的指導意義。例如與野生大豆相比,培植大豆11號染色體和13號染色體末端發生了相互易位。這種易位可能會影響野生大豆和培植大豆的雜交研究,對遺傳育種有重大影響。同時,研究人員發現,在控制大豆種皮顏色的I locus區域,培植大豆含有一個大的倒位。經過嚴謹的實驗驗證,證實該倒位引起大豆種子顏色由深色轉變為黃色,解決了大豆馴化過程中的一大疑團。 

林漢明教授的「大豆回家」計劃 

林漢明教授是大豆遺傳基因研究的先驅,致力透過其研究推動可持續農業發展,配合「聯合國農糧組織」倡議的氣候智能農業發展概念。2010年,林教授與華大基因合作,破解了31種野生和培植大豆的基因組密碼,得出野生大豆比培植大豆有更高生物多樣性的結論。這研究成果成為2010年12月Nature Genetics的封面故事,為相關研究項目與計劃奠定基礎,大豆基因組研究自此在全球遍地開花。是項突破性的基因組研究全由中國人團隊在大豆的家鄉完成,突破了先進國家在大豆高端研究的壟斷,因此命名為「大豆回家」。 

其後,林教授的團隊一直採用高端的基因組序列科技,配以先進的分子生物學技術,找尋野生大豆的耐逆基因。2014年,林教授成功從野生大豆識別和複製出嶄新的耐鹽基因,並應用於發展耐鹽大豆,研究成果同年刊於Nature Communications。林教授利用耐鹽基因的信息,與內地大豆育種專家合作,培植可在鹽漬化乾旱土地上種植的大豆,成功育成三個耐逆大豆新品種,通過了甘肅省正式測試,已經開始在中國西北部的半乾旱和全旱地區應用。團隊命名是項研究為「從實驗室到農田」。 

剛發表的野生大豆參考基因組是由林教授領導的國際合作團隊完成,成果應用也面向全世界豆科研究及育種工作者。團隊命名是項研究為「從中國到世界」。 

農業生物技術國家重點實驗室(香港中文大學)簡介 

中國科技部批准設立的農業生物技術國家重點實驗室(香港中文大學)以農業生物技術的基礎研究為主導,並通過個別成熟的技術領域,進行應用基礎研究,目標是為中國及世界糧食安全及氣候智慧農業作貢獻。研究重點包括: (1) 重要種質資源的發掘和應用;(2) 植物細胞學研究;(3) 抗旱高效農業節水研究;(4) 新技術平台開發,包括基因組、表觀遺傳、蛋白組、動物發育等。



農業生物技術國家重點實驗室(香港中文大學)主任及中大生命科學學院教授林漢明教授

農業生物技術國家重點實驗室(香港中文大學)主任及中大生命科學學院教授林漢明教授

 

野生大豆W05(左)及培植大豆

野生大豆W05(左)及培植大豆

 

野生大豆W05基因組

野生大豆W05基因組

 

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