世界首个枣全基因组测序完成

  中国绿色时报11月26日报道(记者 焦玉海  通讯员  陈列) 国际权威科学杂志《自然通讯》日前在线发表了以河北农业大学教授刘孟军为通讯作者的枣基因组测序重大研究成果,标志着我国在世界上率先完成了枣树的全基因组测序,枣树也成为世界鼠李科植物和我国干果树种中第一个完成基因组测序的树种。
  2010年,刘孟军带领其枣研究团队,在20多年科研积淀基础上,开始了自己的枣树“探月工程”。项目启动前,国内外有关枣树基因组测序的基础工作还非常薄弱,甚至连枣树基因组究竟有多大都还不清楚,更没有可用于基因组辅助组装的近缘植物基因组序列和枣的高密度遗传连锁图谱。刘孟军枣研究团队几乎是从零开始艰难的枣基因组计划,从枣基因组大小测定和高密度遗传图谱构建等点滴开始,有效克服了高度复杂的枣基因组的测序、组装和填图补洞等一道道难关,成功完成了对我国著名枣品种“冬枣”的全基因组测序。
  项目组装出的高质量枣基因组序列,总长达4.38亿个碱基、达到枣估测基因组大小的98.6%,并且将其中80%的碱基锚定到了枣的12条假染色体上;预测出32808个蛋白质编码基因,从中发现了大量的枣特色基因;特别是在第一号染色体上,发现了一段与枣树独特生物学性状(抗逆性强和含糖量高)密切相关的高度保守区域,为揭示枣特殊生物学性状的分子机制奠定了基础。研究还发现,枣的基因组在历史进化中经历了复杂的染色体断裂、融合及片段重组过程,但却没有发生最近一次的全基因组复制事件。
  项目在完成基因组测序组装基础上,对枣树的多个特殊和优异性状的形成机制进行了深度研究。枣果是世界上已知维生素C(Vc)含量最为丰富的果品之一,高出苹果数十倍,也远超过以富含Vc著称的柑橘,甚至超过有“Vc王”之称的猕猴桃,但枣果为何能够大量积累人体必需却不能合成的重要营养素Vc,一直是个谜。项目通过比较基因组研究,结合果实发育期转录组测序和Vc代谢的深入分析,首次发现枣果同时具有柑橘和猕猴桃两种积累Vc的分子机制,这样一种高效积累Vc的机制在其他果树上尚未见报道。
  此外,本研究还通过比较基因组、转录组测序和大量的室内外分析,深入揭示了枣果大量积累糖分、结果枝自然脱落习性(“落枝归根”而非“落叶归根”)及枣树极强的耐盐抗旱特性等优异性状形成的分子机制。研究对揭开枣树进化和生长发育之谜、加速枣树分子育种、推动枣业现代化和国际化将产生重大影响,对鼠李科乃至其他果树和木本植物的分子遗传改良也具有十分重要的理论借鉴和潜在应用价值。
  枣树是我国栽培历史最为悠久、最具民族特色优势的果树之一。枣树原产我国黄河中下游地区,已有7000多年的栽培历史,现遍及除黑龙江和西藏外的几乎所有省市,栽培面积达到3000万亩,接近苹果和柑橘两大主栽果树,年产量600万吨,在干果中居第一位。我国枣树的栽培面积和产量均占到世界的99%。枣产品还是我国最具国际竞争力的果品和滋补食品之一。目前,枣产业已成为全国2000万农民的主要经济来源。此外,枣树具有极强的抗盐碱、抗干旱和耐瘠薄能力,在我国广大山、沙、碱、旱地区发挥着难以替代的作用。
  项目得到了国家科技支撑、国家自然科学基金、河北省巨人计划、河北省高端人才计划、河北省科技支撑计划等多个项目的大力支持。今年9月,刘孟军枣研究团队被中组部、中宣部、人社部和科技部四部委评为“全国专业技术人才先进集体”。