学术时间｜我院王道文、陈锋和殷贵鸿团队构建小麦骨干亲本周8425B基因组物理图谱并解析其对小麦重要农艺性状的贡献

政务 2024-12-17 23:29 河南

　　2024年12月16日，我院王道文、陈锋和殷贵鸿团队在Plant Communications上在线发表了题为“Genomic analysis of Zhou8425B, a key founder parent, reveals its genetic contributions to elite agronomic traits in wheat breeding”的研究论文。该研究绘制了中国小麦骨干亲本周8425B高质量基因组物理图谱，以周8425B中1RS易位染色体臂为基础探讨了不同遗传背景中1RS的结构变异特征，挖掘到一个小麦成株期条锈病抗性新位点YrZH3BS，鉴定出在周8425B衍生品种中共同来源于周8425B的重要染色体区段并分析了其携带的重要农艺性状基因。研究结果对进一步解析以周8425B为代表的小麦重要骨干亲本的遗传基础、促进小麦优良新品种的基因组设计育种具有重要指导意义和实用价值。

研究背景

　　小麦是重要的粮食作物，骨干亲本在小麦育种改良历史进程中起了重要作用。周8425B是我国小麦育种家郑天存教授利用六倍体小黑麦与普通小麦远缘杂交、大群体回交、辐射诱变、阶梯杂交改良夏繁加代、表型选育和染色体检测等多项技术，在1984年创制的出具有矮秆、大穗大粒、抗病抗逆等多个优异性状的1BL/1RS小麦新种质。周8425B具有优良农艺性状和良好的配合力，尤其是突出的成株期条锈病和叶锈病抗性，其本身以及由其衍生的周麦13、周麦16和周麦22等已成为我国多个麦区的重要育种亲本，至2023年已育成审定衍生新品种966个（国审345个，省审621个），形成了以周麦、郑麦、百农、豫麦、豫农、存麦、中麦等为代表的系列品种，种植面积占黄淮南片麦区65%以上，为小麦品种更新换代、生产发展及我国粮食安全和农民增产增收做出了重要贡献。但是由于缺乏其详尽的基因组序列，导致对周8425B重要农艺性状优异基因挖掘及其作为骨干亲本遗传基础的研究缺乏突破性进展。

主要研究成果

图1. 周8425B基因组组装结果和特征

　　整合HiFi和Hi-C等测序技术，组装获得了周8425B高质量的参考基因组序列，其基因组大小为14.75 Gb，contig N50为70.94 Mb，scaffold N50为735.11 Mb，98.44%序列可锚定到21条染色体，在17条染色体上组装出单端或双端的端粒（图1）；全基因组TE含量为87.53%，一共注释到106,940个高可信度（HC）基因；QV（QV = 47）检测显示周8425B基因组图谱碱基准确率超过99.99%，BUSCO完整性为99.5%，逆转座子组装指标（LAI）超过15。这些数据表明周8425B基因组图谱在编码和非编码序列方面均具有很高精确度、完整性和连续性。

　　利用12个不同发育时期的组织样品进行转录组测序，通过分析鉴定出96,728个可表达的HC基因；构建的基因表达网络中存在22个共表达模块，从中发现了2个位于1RS上的特异基因，可能影响小麦籽粒发育和淀粉合成等重要农艺性状。基因组序列比较发现不同遗传背景中的1RS存在较多结构变异，尤其是在周8425B的1RS染色体亚端粒区发现了20.5 Mb的非共线区域，分析发现此区域是由单体长度分别380、571和118 bp串联重复序列组成，这些串联重复序列与前人在麦类物种细胞遗传学研究中广泛使用的分子探针pSc200、pSc250和pSc119.2含有的序列高度一致，我们发现这些串联重复序列的物理位置关系很好地解释了前人细胞遗传学实验观察的原位杂交结果。值得指出的是，这一结果也在近期发表的小麦泛基因组研究中得到验证（Jiao et al., Nature, 2024），即1RS亚端粒区域超长串联重复序列是其染色体上的一个重要结构特征。

图2. 三个成株期抗性位点对小麦条锈病和产量的综合影响分析

FLDS, flag leaf disease severity; GNPS, grain number per spike; TGW, thousand grain weight.

　　在Hao et al.（2020）等人发表的中国小麦重要品种重测序研究中，有7个（周麦16、矮抗58、周麦22、丰德存5号、徐麦35、百农201和百农4199）是周8425B衍生品种。该研究利用Hao等人发表的重测序数据，以周8425B基因组序列为参考，发现7个周8425B衍生品种分别携带了34 - 50个来源于周8425B的染色体片段（Zhou8425B related genomic blocks，ZRGBs），其中周麦22中ZRGB含有量最高，其基因组序列的58.57%来自于周8425B，这7个衍生品种中有13个ZRGBs共同来自于周8425B；进一步研究发现位于5B染色体的两个ZRGB区段，在周8425B衍生品种中均受到了显著的正向选择。综上所述，该研究绘制的周8425B基因组图谱是对国内外小麦基因组资源的重要拓展，有益于未来更加高效地挖掘小麦重要功能基因和开展小麦基因组设计育种。

作者简介

　　河南农业大学农学院陈锋教授、张坤普研究员、王道文研究员和殷贵鸿研究员为论文的共同通讯作者，农学院青年教师李广伟、任妍、杨宇昕和陈树林为论文的共同第一作者，康国章研究员和河南农业大学兼职教授河南丰德康种业郑天存研究员对本研究给予了重要指导。本研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、河南省优秀青年基金和中国博士后基金的资助。

往期回顾

身向青云，志在浩宇，她以博学卓识开广袤通途

我院召开“文明考风，诚信为本”考风考纪纪律教育会

统　筹：方　芳

监　制：杨　航

责　编：盛仕博

审　核：王思琪

编　辑：王思琪

材料来源：李广伟

你的故事，农农为你记录

文字/视频/摄影作品欢迎与农农分享

投稿邮箱：hnnydxnxyxmtzx@163.com

农学院新媒体中心出品

河南农业大学农学院

团结勤奋，严谨求实；百年农学，再创辉煌！这里是河南农业大学农学院官方公众号，此平台由农学院新媒体中心负责管理运营。

最新文章

二十四节气｜雪落眉间，静候春澜

送你一朵新年烟花Beng~

农院动态 | 我院举行“喜迎十五五迈步创一流”教工阳光健步走活动

元旦｜福满华夏，岁月同春

喜报！我院社会实践团队荣获教育部和共青团中央表扬！

2024 “关机”，2025 “重启”

师生共享科技成果，担当强农兴农重任——我院成功举办第八届弘农科技文化节

高效休息：6个方法帮助你缓解疲劳、增加能量

活动预告｜带“金种子”回家过年！

农院动态丨学院举办2024年实验室安全及应急演练培训

政策解读--《河南农业大学学位授予工作实施细则(修订)》

勤学笃行丨我院举办“直面未来，就业启航”毕业生就业实习动员大会

邀请函丨邀您参加农学院第八届弘农文化节

喜报！我院贾奥琳教授入选中国科协“青年人才托举工程”

喜报！我院闫鹏帅教授入选中国科协“青年人才托举工程”

国奖风采｜华年蕴秀，勤勉致知，她凭睿思远见启辽阔新程

志愿者风采 | 饺子盛宴上的那些身影

农大嘉蔬入饺馅，冬至情浓满校园！

“文化历史韵流传，民族团结花盛开”中华民族一家亲主题优秀作品展示请查收！

“迎冬至包饺子”活动食材大揭秘！

活动预告｜一起来吃热腾腾的饺子啦～

学术时间｜我院王道文、陈锋和殷贵鸿团队构建小麦骨干亲本周8425B基因组物理图谱并解析其对小麦重要农艺性状的贡献

@农院考研人｜封楼、模拟演练…考研注意事项请查收！！

国奖风采｜身向青云，志在浩宇，她以博学卓识开广袤通途

勤学笃行 | 我院召开“文明考风，诚信为本”考风考纪纪律教育会

国奖风采 | 钻研智农，创新实践，他以笃行之志拓辉煌前路！

87年了，不能忘！不敢忘！

郭天财：坚守麦田为加快建设农业强省作出更大贡献

国奖风采｜心向暖阳，梦逐远方，她以睿智灵犀启璀璨明途

喜报！我院学子于2024年大学生创新大赛中荣获佳绩

国奖风采 | 深耕专业，锚定方向，他披荆斩棘迈向辉煌！

她与花生两相宜——记2024年度河南省科学技术进步奖一等奖获得者殷冬梅

厚德端行 | 2024年农学院第十五周卫生通报

农院先锋｜我院开展学生骨干素质能力提升培训专题讲座（第四讲）

农院先锋｜我院举办学生骨干素质能力提升培训专题讲座（第三讲）

破冰启航，共战期末 | 2023级种子科学与工程1班团建

基础文明｜我院举办学生骨干素质提升讲座（二）——新闻编写与摄影技巧专题培训

国奖风采 | 研习本草，规划未来，她以学识之光照亮前行之路！

国奖风采 | 雕琢学术，规划青春，她逐梦奋进奔赴卓越！

国奖风采 | 争做新农人，她以勤勉之笔绘就荣耀篇章！

厚德端行 | 2024年农学院第十四周卫生通报

二十四节气｜大雪至，冬意浓

勤学笃行｜榜样引领，砥砺前行！我院举行2024年国家奖学金获得者优秀事迹分享会

“菊韵农情，光影筑梦”——我院菊花文化节摄影展璀璨启幕，数百佳作共绘金秋画卷

投票 | 第二届“国家奖学金标兵”评选来啦！快来为我院优秀学子打call吧！

喜报｜我院王丰青课题组文章入选“2024年度科技期刊双语传播工程” 项目

农院动态｜我院举行“‘农’情满满，温暖寒冬”——农学院2024年新生座谈会

邀请函｜第九十期绍骙论坛诚邀广大作物学科师生参加！

保研风采｜“研”途逆袭，心怀热爱；信念为帆，自信作桨，上岸农科院！

五星宿舍｜宿舍齐心，优秀常临

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉