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现代甘蔗是一种高度同源多倍体生物，具有非常复杂的基因组。2025年1月3日，广西大学张积森团队在Nature Genetics（IF=31.8）在线发表题为“The highly allo-autopolyploid modern sugarcane genome and very recent allopolyploidization in Saccharum”的研究论文，该研究开发一种产生人类多能干细胞的快速化学重编程系统。
在这里，研究了现代甘蔗的核型和基因组结构，产生了97条染色体(8.84 Gb)的基因组装配。异源多倍体基因组被分为甘蔗属(Soh)和割手密属(Ssh)亚基因组，在甘蔗属杂种(S. hybrid)中Soh占优势。基因组休克影响异源多倍体化过程中的转录组动力学。对192个个体的近亲繁殖群体的分析揭示了超亲分离的潜在遗传基础。310份甘蔗材料的群体基因组学阐明了现代甘蔗的育种历史。使用单体型解析的甘蔗属杂种杂交基因组作为参考，全基因组关联研究鉴定了来自S. spontaneum的糖含量的潜在候选基因。这些发现阐明了异源多倍体复杂的基因组进化，为甘蔗基因组增强和创新育种策略提供了机会。
甘蔗(甘蔗属)禾本科)是启发古印度社会在大约2000年前开发早期糖加工技术的基础作物。甘蔗生产和贸易在16至18世纪促进了人类从旧世界向新世界的迁移，但也是一个奴隶被迫迁移和不幸依赖契约佣工的时期。今天，甘蔗作为主要原料在全球生产超过85%的糖和大约40%的乙醇中发挥着重要作用。种植于90多个国家，占地约2819万公顷，总产糖量约19亿吨。甘蔗的总产值接近900亿美元，仍然是最有经济价值的作物之一。早在1900年，爪哇的荷兰育种家就开始了杂交育种计划，将野生亲缘甘蔗(2n = 40–128)与药用甘蔗(2n = 8x = 80)杂交，然后与药用甘蔗回交(“诺比尔化”)，将胁迫耐受性特征引入杂交甘蔗。雌性恢复对恢复药用百合的遗传背景起着至关重要的作用，特别是对于高糖含量的属性。因此，S. hybrid的染色体计数范围为100-130，代表“年轻”的高异源同源多倍体和非整倍体，75-85%的染色体来自S. officinarum，15-25%来自S. spontaneum，5-10%来自种间重组，这是最初种间杂交和重复回交的结果。XTT22染色体的核型特征（图源自Nature Genetics）在该研究中，研究人员采用染色体特异染色技术来阐明中国甘蔗育种计划中重要的和创始的现代甘蔗品种XTT22(XinTaiTang22)的基因组结构。通过整合多种基因组测序技术和精细的方法，成功组装了XTT22的等位基因定义的基因组。此外，还分析了来自XTT22的192个个体和310个甘蔗种质的自交群体，以研究现代甘蔗中糖积累的起源和潜在的基因组机制。该研究不仅克服了全面研究这种复杂作物的遗传和基因组方面的主要障碍，而且为推进甘蔗育种的现代基因组选择技术做出了重要贡献。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41588-024-02033-w#Sec46
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