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五种孤生作物基因组被破解 华大助力非洲提高粮食质量
发布日期: 2018-12-11

127日,由深圳华大生命科学研究院主导,非洲孤生作物联盟(The African Orphan Crops Consortium, 简称AOCC)等共同合作完成的“The Draft Genomes of Five Agriculturally Important African Orphan Crops” 论文在完全开放获取期刊GigaScience上发表。

非洲孤生作物遗传资源种类丰富多样,是非洲许多国家、地区人民的食物、营养和经济来源之一,但由于其单个品种产量低、研究少且总体推广力度不够,常常被当地人们所忽视。本次研究通过对五种非洲孤生作物进行测序,寻找提高作物营养和产能的基因,为进一步改良作物种质奠定基础,同时也为改善当地居民的营养和食品安全提供重要的指导意义。

超级作物开发或将成为可能

本次研究的五种非洲孤生作物分别为班巴拉花生(Vigna subterranea)、扁豆(Lablab purpureus)、相思树(Faidherbia albida)、伯尔硬胡桃(Sclerocarya birrea)和辣木(Moringa oleifera)。


五种非洲孤生作物图片

在对这些作物进行测序及数据分析的过程中,科研人员发现,班巴拉花生合成营养物质的能力在进化的过程得到了增强。为了进一步挖掘与营养代谢相关的基因,研究人员还通过与大豆营养代谢相关的基因进行比对,鉴定出作物的蛋白质、淀粉、脂肪合成的基因。其中,班巴拉花生与抗性淀粉合成相关的基因拷贝数增多,这说明其抗性淀粉合成能力强,这为后续解读其高蛋白、高抗性淀粉含量特征的形成机制提供线索,进而为开发其作为“超级作物”提供了基础。

而在挖掘与固氮能力有关的基因时,研究人员则通过与苜蓿的固氮基因进行比对,鉴定出班巴拉花生、扁豆和相思树的固氮基因,并且发现,相思树部分固氮基因发生了缺失,由此推测相思树弱的固氮能力和这些基因缺失存在一定的联系,这为研究豆科固氮机制的进化提供了线索。

这五种非洲孤生作物组装后基因组大小分别占预估基因组的97.3%93.5%98.9%92.9%77.9%,与核心保守基因比对后,所占比例分别为92.1%93.2%91.3%96.1%90.1%,大约90%以上的基因是完整且保守的,因此,这些物种的基因组组装结果较好,可以作为参考基因组。

后续,研究人员还将进一步对物种的特性(如相思树的反向物候,班巴拉花生的抗性淀粉含量高、抗旱能力强等)进行研究分析,提高作物的产量和营养,更好地服务于非洲人民,为社会带来良好的经济效益。


基因科技助力非洲粮食安全

作为世界上最大的发展中国家和发展中大陆,中非建立长远的战略合作关系对双方乃至整个世界都有重大意义与深刻影响。农业合作历来是中非合作的重点领域。早在15年前,华大就把目光投向了非洲,积极致力于与非洲国家的务实合作。201312月,华大与非洲孤生作物联盟进行首次合作,现任华大生命科学研究院院长徐讯、副院长刘心代表华大参加了第一次非洲孤生作物联盟项目启动会。20182月,华大集团董事长汪建到访世界农用林业中心进行深入交流,并且种下了其中一种非洲孤生作物作为友谊的象征树。


首次AOCC项目启动会,徐讯在启动会上发言



汪建到访世界农用林业中心

据悉,截至目前,华大生命科学研究院已完成10种非洲孤生作物的参考基因组解析,另外5种已接近完成,近30种正在进行中。

早在非洲孤生作物联盟创立之初,相关专家在与汪建见面时表达了基因测序技术在当地农业改善方面的应用以及项目计划,汪建当即表示华大届时一定要参与进来,共同支持非洲的农业发展,改善当地居民的食品营养和安全问题。

非洲孤生作物联盟 旨在应用最先进的仪器和技术,完成101种非洲传统作物的基因组测序、组装及注释工作,为生产更多具有高营养价值的作物品种提供指导。2013123日,非洲孤生作物联盟宣布非洲植物育种学院(African Plant Breeding Academy)正式成立,将有助于改善非洲小农户及其家庭生计,提升非洲粮食供给,减少饥饿。

未来,华大将继续采用高通量多组学测序技术对数十种非洲原生孤生作物进行基因组学研究,有针对性地改善优选孤生作物营养、产量等效率特性,进行优良新品种的培育,为非洲农业和农民创造新的价值链;另一方面,通过项目合作为非洲培养一批现代农业科技人才,实现非洲农业的可持续发展,改善非洲人民的粮食安全问题。

除了在农业方面为非洲提供帮助,华大还在疾病防御等方面为非洲提供帮助和支持。截止目前,华大已与南非、津巴布韦、埃塞俄比亚、肯尼亚、尼日利亚等非洲国家的医疗和科研机构建立了合作关系,合作领域涵盖联合研究、公共卫生等。