2024-03-11
園藝作(zuo)物種(zhong)(zhong)(zhong)類繁多(duo)，通(tong)(tong)常包括果(guo)樹(shu)、蔬菜、各(ge)種(zhong)(zhong)(zhong)觀賞植物、香料植物及藥(yao)用植物等。隨著高通(tong)(tong)量(liang)測序(xu)(xu)技術的蓬勃(bo)發展，基因組(zu)學(xue)(xue)、轉(zhuan)錄(lu)組(zu)學(xue)(xue)、表觀遺傳組(zu)學(xue)(xue)、蛋(dan)白組(zu)學(xue)(xue)和代謝組(zu)學(xue)(xue)的測序(xu)(xu)手段和分析方(fang)法持續優化迭代，多(duo)種(zhong)(zhong)(zhong)組(zu)學(xue)(xue)測序(xu)(xu)技術的搭配使(shi)用為(wei)加(jia)大園藝種(zhong)(zhong)(zhong)質資(zi)源的精準鑒定和深度挖掘提(ti)供強效助力。
圖1：園藝作物示意圖
多組學在(zai)園(yuan)藝領域資(zi)源(yuan)普(pu)查中的(de)應用
結合(he)已(yi)發表(biao)多組學文章(zhang)，小(xiao)派(pai)為大家整理了園藝領(ling)域的(de)主要研究方(fang)向：
1.種(zhong)(zhong)(zhong)質(zhi)資(zi)源(yuan)普(pu)查與研(yan)(yan)究(jiu)：啟動農(nong)業(ye)(ye)種(zhong)(zhong)(zhong)質(zhi)資(zi)源(yuan)精準鑒定評價，推(tui)進優異種(zhong)(zhong)(zhong)質(zhi)資(zi)源(yuan)創制與應(ying)用，構建種(zhong)(zhong)(zhong)質(zhi)資(zi)源(yuan)DNA分(fen)子指紋圖譜庫、特征庫和(he)農(nong)業(ye)(ye)種(zhong)(zhong)(zhong)質(zhi)資(zi)源(yuan)數據庫，對于品(pin)種(zhong)(zhong)(zhong)鑒定與知識產權保護(hu)、品(pin)種(zhong)(zhong)(zhong)純度和(he)真實性檢測、品(pin)種(zhong)(zhong)(zhong)親(qin)源(yuan)關系和(he)分(fen)類(lei)研(yan)(yan)究(jiu)具有(you)重要意(yi)義(yi)。
2.物(wu)種起(qi)源與馴(xun)化(hua)機(ji)制研究：物(wu)種的(de)(de)起(qi)源與馴(xun)化(hua)過程涉及復雜的(de)(de)遺傳、生態和適(shi)應性變化(hua)。通過對園(yuan)藝(yi)作(zuo)物(wu)進行多組學測序可(ke)以有(you)助于了解園(yuan)藝(yi)作(zuo)物(wu)的(de)(de)物(wu)種起(qi)源、馴(xun)化(hua)機(ji)制、適(shi)應性進化(hua)和家系劃分(fen)，為園(yuan)藝(yi)作(zuo)物(wu)的(de)(de)育種和遺傳改(gai)良提供扎(zha)實(shi)基(ji)礎。
3.逆(ni)(ni)境(jing)響(xiang)應機(ji)制研究(jiu)：由于固著生(sheng)長的(de)(de)特(te)性，植物對(dui)(dui)逆(ni)(ni)境(jing)脅迫(po)和病蟲(chong)害(hai)及時有(you)(you)效地響(xiang)應是其存活的(de)(de)前提(ti)。通過對(dui)(dui)園(yuan)藝作物進行多組(zu)學測(ce)序和分(fen)析，挖掘其在逆(ni)(ni)境(jing)脅迫(po)下(xia)發(fa)生(sheng)的(de)(de)特(te)異基因表(biao)達、特(te)定蛋白和代(dai)謝物的(de)(de)變化、特(te)定表(biao)觀(guan)修飾的(de)(de)發(fa)生(sheng)來(lai)研究(jiu)其逆(ni)(ni)境(jing)應答機(ji)制和適應策略，有(you)(you)助于培(pei)育(yu)具(ju)有(you)(you)優(you)良抗逆(ni)(ni)性的(de)(de)園(yuan)藝作物新品種，提(ti)高其在逆(ni)(ni)境(jing)條件(jian)下(xia)的(de)(de)生(sheng)存能(neng)力和產量。
4.品質(zhi)(zhi)(zhi)形(xing)成與調控研究：優異的(de)種質(zhi)(zhi)(zhi)是園(yuan)(yuan)藝作物(wu)色澤、風味物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)、功能性(xing)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)形(xing)成的(de)基(ji)礎(chu)。通過對園(yuan)(yuan)藝作物(wu)多組學測序挖掘品質(zhi)(zhi)(zhi)形(xing)成途徑關鍵(jian)基(ji)因、分子標記和調控因子，并輔以RNAi、過表達、RT-qPCR等手段做進(jin)一步驗證(zheng)，探討高品質(zhi)(zhi)(zhi)性(xing)狀形(xing)成的(de)農藝措施和作用機(ji)制，為(wei)改良園(yuan)(yuan)藝作物(wu)品質(zhi)(zhi)(zhi)提供靶點和策略(lve)。
園藝作(zuo)物資源普查相關國(guo)自然資助(zhu)情(qing)況
小派整理了(le)一些往年(nian)國(guo)自然中標(biao)項目(mu)情(qing)況（表1）。2023年(nian)國(guo)自然生(sheng)命科學(xue)(xue)部設立(li)的重(zhong)(zhong)點項目(mu)立(li)項領(ling)域(yu)在園(yuan)藝(yi)(yi)學(xue)(xue)與(yu)植(zhi)物(wu)營養學(xue)(xue)方向為“園(yuan)藝(yi)(yi)作(zuo)(zuo)物(wu)生(sheng)長發(fa)育(yu)與(yu)品質形(xing)成(cheng)機(ji)理及調(diao)控（C15）”和“作(zuo)(zuo)物(wu)-土(tu)壤(rang)-生(sheng)物(wu)互作(zuo)(zuo)與(yu)養分資源高效利(li)(li)用機(ji)制(zhi)及調(diao)控（C15）”，2024年(nian)則調(diao)整為“園(yuan)藝(yi)(yi)作(zuo)(zuo)物(wu)重(zhong)(zhong)要農(nong)藝(yi)(yi)性狀(zhuang)形(xing)成(cheng)機(ji)制(zhi)與(yu)調(diao)控（C15）”和“養分資源高效利(li)(li)用機(ji)制(zhi)與(yu)調(diao)控（C15）”。綜合來看(kan)，利(li)(li)用多組學(xue)(xue)探(tan)究(jiu)重(zhong)(zhong)要農(nong)業性狀(zhuang)等品質形(xing)成(cheng)與(yu)調(diao)控的機(ji)制(zhi)已成(cheng)為園(yuan)藝(yi)(yi)領(ling)域(yu)重(zhong)(zhong)點。
表1：園藝作物資源普查(cha)相關國自然部分中標項目(mu)
資助類型 | 項目名稱 | 批(pi)準時(shi)間(jian) |
面上(shang)項目 | 甘(gan)藍型油菜適(shi)應性進化的分(fen)子遺傳機制 | 2023 |
地(di)區科學基金(jin)項目 | 中(zhong)國南方(fang)紅汁(zhi)乳(ru)菇的(de)群體遺傳多樣性(xing)與(yu)親緣(yuan)關系(xi)研究 | 2023 |
青年科(ke)學基金項(xiang)目 | 柑(gan)橘矮化基(ji)因精細定位及候(hou)選基(ji)因鑒定 | 2023 |
面上(shang)項(xiang)目 | 梨(li)軟/脆果肉質地(di)性狀的遺傳機制解析及功能基因挖掘(jue) | 2022 |
青年(nian)科學基金(jin)項目 | 基(ji)(ji)于(yu)基(ji)(ji)因組組裝(zhuang)和全基(ji)(ji)因組關聯分析發掘(jue)文心蘭花色遺(yi)傳(chuan)變異 | 2022 |
青年(nian)科學基金項目 | 花生花針期和(he)結(jie)莢期抗(kang)旱(han)性狀主效(xiao)QTL定位及候(hou)選基(ji)因挖掘 | 2022 |
青年科學基(ji)金(jin)項目 | 棉(mian)花(hua)纖維品(pin)質(zhi)主效QTL（qFL-D02-1）的精細定位(wei)及候選基因克隆 | 2022 |
青年科學基(ji)金項目 | 梨果肉抗(kang)褐變關鍵基因的(de)精(jing)細定位和克(ke)隆(long)驗證 | 2022 |
地區科學(xue)基金(jin)項目 | 基于高(gao)通量測序技術的廣(guang)西大(da)苗(miao)山區茶樹種質資源重要品質性狀基因挖(wa)掘與全(quan)基因組選擇育種方(fang)法構建 | 2022 |
地區科學基金項目 | 蘋(pin)果(guo)果(guo)實多酚(fen)QTL定(ding)位及候選基因鑒定(ding) | 2022 |
地區科學(xue)基金項目 | 扁蓿豆高密度分(fen)子遺(yi)傳連鎖圖譜構(gou)建(jian)及抗裂莢性狀(zhuang)QTL定(ding)位(wei) | 2021 |
面(mian)上項目 | 通過群體基因組研究栽培葡萄(tao)人工馴化機制(zhi)與(yu)性狀 | 2020 |
面上項目(mu) | 基于群體基因組學核桃起(qi)源(yuan)進化(hua)歷(li)史(shi)與(yu)馴化(hua)基因研(yan)究 | 2020 |
面上項目 | 荷花瓣數QTL的精(jing)細定(ding)位及候選基因(yin)鑒(jian)定(ding) | 2020 |
面上項(xiang)目(mu) | 四(si)倍體月季類胡(hu)蘿(luo)卜素含量的QTL精細定(ding)位(wei)及候選基因(yin)分析 | 2020 |
青年科學基(ji)金項目 | 葡萄耐弱光性狀(zhuang)主(zhu)效QTL qTLL1/9的精細定位和基(ji)因(yin)功能(neng)研究 | 2020 |
青年科學基金(jin)項(xiang)目(mu) | 西瓜黃瓤(rang)性狀關鍵調控基因(yin)克隆及調控分(fen)子機制研究 | 2020 |
地區科學基金項目 | 栽培種西番蓮高密度遺傳圖譜構建、抗莖基腐病(bing)主效QTL精細定位及候選基因鑒定 | 2020 |
地(di)區科學基金項目 | 棗(zao)高密(mi)度遺傳圖譜構建及果(guo)實大小、糖酸性狀的QTL精細定(ding)位研究 | 2020 |
地區(qu)科學基金項目 | 黑果枸杞遺傳(chuan)圖(tu)譜(pu)構建(jian)及果實(shi)品質相關(guan)性狀QTL定位 | 2020 |
地區科學基金項目 | 甘(gan)藍型油菜半(ban)矮桿(gan)材料DW871特異(yi)型株高及花序性狀連鎖(suo)基因(yin)的QTL精細定(ding)位 | 2020 |
地(di)區(qu)科學基(ji)金(jin)項目 | 栽(zai)培種西番蓮高密度遺傳圖(tu)譜構(gou)建、抗莖(jing)基(ji)腐病主(zhu)效QTL精細(xi)定(ding)位及候選基(ji)因鑒定(ding) | 2020 |
多組學在園藝領域(yu)資(zi)源普查中的應用文(wen)章
案例(li)一
種質資源普查與研究
文章標(biao)題：Construction of an SNP fingerprinting database and population genetic analysis of 329 cauliflower cultivars
期(qi)刊名：BMC Plant Biology
影響因子：5.3
結論：本研究整合(he)了(le)全基因(yin)組重(zhong)測序數(shu)據和KASP技(ji)術，并(bing)對在(zai)公開市(shi)(shi)場上(shang)收集的329個(ge)(ge)花(hua)椰(ye)(ye)菜品(pin)種群體(ti)構(gou)建了(le)一個(ge)(ge)指紋(wen)數(shu)據庫。41個(ge)(ge)SNP形成了(le)核心標記集，并(bing)用于構(gou)建329個(ge)(ge)花(hua)椰(ye)(ye)菜種質(zhi)資源的SNP指紋(wen)。這(zhe)329個(ge)(ge)花(hua)椰(ye)(ye)菜品(pin)種可以被分為3個(ge)(ge)類群，其分類模(mo)式與地理來源和花(hua)球緊實(shi)度(du)一致，這(zhe)也(ye)證明了(le)本研究中SNP標記的可靠性(xing)和準確性(xing)，以及DNA指紋(wen)技(ji)術的實(shi)用價值(zhi)。它們將能夠彌補當前商(shang)業市(shi)(shi)場上(shang)花(hua)椰(ye)(ye)菜品(pin)種真實(shi)性(xing)和純度(du)鑒定(ding)方(fang)面的空白。
分析技術路(lu)線及結(jie)果展示(shi)
案例二(er)
品種(zhong)起(qi)源與(yu)馴化
文(wen)章標題：Phased diploid genome assemblies and pan-genomes provide insights into the genetic history of apple domestication
期刊(kan)名：Nature Genetics
影響因(yin)子：30.8
結論：本(ben)研究通(tong)過三代基(ji)因(yin)組測(ce)序(xu)手段(duan)對栽培蘋(pin)果(guo) (Malus domestica cv. Gala)和(he)(he)兩個主要的(de)祖先(xian)種野生(sheng)蘋(pin)果(guo)(M. sieversii和(he)(he)M. sylvestris)進行基(ji)因(yin)組測(ce)序(xu)和(he)(he)組裝，并對91個蘋(pin)果(guo)種質進一(yi)步做泛基(ji)因(yin)組研究，蘋(pin)果(guo)泛基(ji)因(yin)組的(de)構(gou)建和(he)(he)分析(xi)(xi)揭示(shi)了(le)數以千計的(de)新基(ji)因(yin)，并發現在(zai)栽培蘋(pin)果(guo)中(zhong)固定下來的(de)基(ji)因(yin)，揭示(shi)了(le)新基(ji)因(yin)/等(deng)位基(ji)因(yin)的(de)滲(shen)入是蘋(pin)果(guo)通(tong)過雜交馴(xun)化(hua)的(de)一(yi)個標志。該研究全面系統地(di)解析(xi)(xi)了(le)蘋(pin)果(guo)的(de)起源、馴(xun)化(hua)歷程(cheng)和(he)(he)遺傳學(xue)基(ji)礎，為果(guo)實風味、口(kou)感、產量等(deng)多種品質性狀(zhuang)和(he)(he)改良提供(gong)了(le)重要依據。
分析技(ji)術路線及(ji)結果展示(shi)
案例三
逆境響(xiang)應機制研究
文章標題：Duality of immune recognition by tomato and virulence activity of the Ralstonia solanacearum exo-polygalacturonase PehC
期刊(kan)名：Plant Cell
影響因子：11.6
結(jie)論：本研究報道了一(yi)種來自青(qing)枯(ku)菌的多聚半(ban)乳糖(tang)(tang)醛(quan)(quan)酸酶外切酶(exo-PG) PehC可(ke)(ke)以激(ji)活番茄(qie)(qie)根系的早期(qi)免(mian)疫反(fan)應。PehC的識別特(te)異性發(fa)生在番茄(qie)(qie)根部(bu)，并依賴于未知的類受體激(ji)酶型受體。PehC可(ke)(ke)以水(shui)解植物(wu)果膠(jiao)衍生的低聚半(ban)乳糖(tang)(tang)醛(quan)(quan)酸(OGs)，這是(shi)一(yi)種損傷相關分子模式(DAMP)，釋放半(ban)乳糖(tang)(tang)醛(quan)(quan)酸(GalA)，從(cong)而(er)抑(yi)制(zhi)DAMP觸發(fa)的免(mian)疫(DTI)。同時，產生的GalA在青(qing)枯(ku)菌侵染早期(qi)可(ke)(ke)以作為碳源被利用，從(cong)而(er)促進(jin)其在木質(zhi)部(bu)的定(ding)殖和生長。
分析技術路線及(ji)結果展示(shi)
案例四
品質形成與調控研究
文(wen)章標題(ti)：Genome- and transcriptome-wide association studies provide insights into the genetic basis of natural variation of seed oil content in Brassica napus
期刊名：Molecular Plant
影響因子：27.5
結(jie)論：本研(yan)究(jiu)通(tong)過對甘藍(lan)型油菜3個(ge)(ge)育種(zhong)區的(de)QTL進行(xing)精確定位，分析了油菜SOC的(de)遺(yi)傳結(jie)構。確定了與(yu)(yu)種(zhong)子含(han)油量相關的(de)基因(yin)模塊(kuai)，并預測了數百個(ge)(ge)與(yu)(yu)種(zhong)子含(han)油量顯著相關的(de)基因(yin)。這些研(yan)究(jiu)結(jie)果為(wei)甘藍(lan)型油菜高SOC等(deng)位基因(yin)的(de)聚合育種(zhong)提供了有價值(zhi)的(de)信息。GWAS和(he)TWAS鑒定出的(de)油料相關基因(yin)位點和(he)候選基因(yin)也將促進油料作物(wu)油料合成機理的(de)研(yan)究(jiu)。
分析技術路線及結果展示
派(pai)森諾(nuo)已發表文章(zhang)集(ji)錦
期刊 | 影響因子 | 標題(ti) |
Molecular Plant | 27.5 | |
Plant Cell | 11.6 | Duality of immune recognition by tomato and virulence activity of the Ralstonia solanacearum exo-polygalacturonase PehC |
Frontiers in Plant Science | 5.6 | |
Theoretical and Applied Genetics | 5.4 | BrKAO2 mutations disrupt leafy head formation in Chinese cabbage (Brassica rapa L. ssp. pekinensis) |
Theoretical and Applied Genetics | 5.4 | |
Plants | 4.7 | Mapping of Two Major QTLs Controlling Flowering Time in Brassica napus Using a High-Density Genetic Map |
Scientia Horticulturae | 4.3 | Construction of a high-density genetic map for melon using ddRAD-Seq technology from a population derived from flexuosus and reticulatus botanical groups |
