パンゲノムは将来の作物育種に力を与える
ゲノムの多様性を象徴する、さまざまな種類のジャガイモとトマトの二重らせんモデル。
HuangYiKe塗装
■私たちのレポーターLiChen
パンゲノムは、種内のすべてのゲノム情報の合計であり、単一のリファレンスゲノムよりも多くの遺伝的多様性をカバーします。作物のパンゲノムを使用して次世代の改良品種を栽培する方法は、科学者にとって関心のあるトピックです。
「ネイチャー」は最近、中国農業科学院の深セン農業ゲノミクス研究所（以下、ゲノミクス研究所）の所長である黄三文のチームによるパンゲノムに関する2つの研究結果をオンラインで公開しました。
論文では、彼らは初めてトマトのマップパンゲノムを取得し、トマト育種における「失われた遺伝率」を検索し、複雑な生物学的特性の遺伝的メカニズムを分析するための新しいアイデアを提供しました。この論文の査読者は、「この研究はグラフパンゲノムの概念の最も包括的な分析である」と「グラフパンゲノムはゲノム分析と作物ゲノム育種の標準になる可能性が高い」と信じています。この意味で、この論文は画期的です」。
別の論文では、彼らは初めて二倍体ジャガイモのパンゲノムを分析し、ナス科の種の進化を研究し、ジャガイモがジャガイモを生産する方法の分子メカニズムを解明しました。 Natureの同時意見記事によると、このように多数の異系交配された高ヘテロ接合のジャガイモゲノムを組み立てることは、並外れた成果です。パンゲノムは、ジャガイモの繁殖を可能にする重要な生物学的プロセスに関与する遺伝子を包括的に識別します。
より正確でより詳細
「ある種では、一部の遺伝子は一部の個体に固有です。たとえば、2つのトマトに含まれる遺伝子は完全に同じではなく、遺伝子が異なれば味も異なる可能性があります。」 「ChineseJournalofScienceは、ある種のすべての遺伝子を見つけて、汎ゲノムを形成するためにそれらを配置している」と語った。グラフパンゲノムは、数学やコンピューターでグラフと呼ばれるデータ構造を使用して、種のすべての遺伝的配置と構造を表示します。
論文の筆頭著者であり、ゲノミクス研究所の副研究員である周八尾氏は、パンゲノムは単一の参照ゲノムよりも正確で詳細であり、種全体、そして汎ゲノムの助けを借りて研究を見逃すことは容易ではありません重要な遺伝子と情報。
パンゲノムマップは、米、トウモロコシ、小麦、大麦、綿花、トマト、菜種など、これまで多くの作物で取得されてきました。
チョウ・ヤオは、最初に高精度の3世代を使用したと述べましたシーケンシング技術はトマトのバックボーンゲノムを再構築し、その組み立て品質は完全性、連続性、正確性の点で以前のバージョンよりも優れていました。次に、31の代表的なトマト材料が組み立てのために選択され、関連する遺伝的変異が特定されました。838トマトからのグラフパンゲノム公開された構造変異と短距離シーケンシング情報を統合した後、最終的にゲノムが構築されました。
フランス農業科学アカデミーの研究者であるMathildeCausseは、地図の全ゲノムリソースがトマトの遺伝学とゲノム研究にとって非常に重要であると考えており、その後の遺伝子マッピングを促進しています。この記事はトマト研究の基礎となるでしょう。
別の論文の筆頭著者であり、ゲノミクス研究所の博士課程の学生であるTang Dieは、高品質の二倍体ジャガイモパンゲノムを得るために、野生の地元の栽培種を選択したと中国科学ジャーナルに語った。種、および野生の親類44の代表的な二倍体ジャガイモ生殖質が再配列され、遺伝子注釈が付けられ、最初の高品質の二倍体ジャガイモパンゲノムがついに完成しました。
レビューアは、ジャガイモのパンゲノムの構築と分析が印象的であるとコメントしています。この研究は、「ジャガイモ」および「ジャガイモ様」の幅広い選択に基づくパンゲノミクスの力を実証し、他の作物パンゲノム研究の参照方法を提供することができます。
「失われた遺伝」の取得
Huang Sanwenは記者団に、科学者は「遺伝率」の概念を使用して、遺伝学によって規制されている作物の形質の割合を表すと語った。遺伝率が高いほど、形質の決定における遺伝的要因の割合が高くなり、環境要因の割合が少なくなります。
将来の作物育種では、ゲノム選択技術が広く利用されるでしょう。トマトが実生である場合、そのゲノムは、耐病性、収量、および味を予測するために配列決定されます。
ただし、現時点では予測はあまり正確ではありません。 「これは、上記の複雑な特性を制御する遺伝子が多く、明らかな役割を果たして遺伝率が検出されやすい遺伝子もあれば、役割が弱い遺伝子もあり、検出が難しいこれらの遺伝子の遺伝率は「失われた」と呼ばれるためです。 「遺伝率」。」黄三文は言った。
長い間定量的遺伝学研究に携わってきたウェストレイク大学のヤン・ジアン教授は、「遺伝率の喪失」は古典的な定量的遺伝学の問題、つまり遺伝子マーカーから推定される遺伝率であるとチャイナサイエンスジャーナルに語った。およびゲノム全体の関連分析検出されたすべての関連遺伝子によってもたらされる遺伝率の合計は、実際の遺伝率よりも低くなります。トマトだけでなく、さまざまな種に広く存在します。この論文は、「トマト作物を使用して、この幅広い一般性の質問にうまく答えています」。
「これらの失われた遺伝率を取得することは、複雑な特性の遺伝的メカニズムを理解するのに役立ちます。」周八尾は、遺伝率が遺伝子型と表現型の間の相関関係を研究するための基礎であると言いました。
論文の共同筆頭著者であり、ゲノミクス研究所の博士課程の学生であるZhang Zhiyangは、以前は人間の遺伝率低下の問題が最も多かったと紹介しました。ただし、技術によって制限され、これらの研究は、表現型に対するより隠された大きな構造変化の影響を無視しながら、主に一塩基多型と表現型の間のリンクに焦点を当てています。
トマトの豊富な遺伝資源により、トマトの家畜化の歴史、発現調節、フレーバー代謝に関する関連研究が行われ、遺伝率の喪失に関するさらなる研究の基礎が築かれています。
論文の共同筆頭著者であり、ゲノミクス研究所の研究助手であるBao Zhiguiは、トマトグラフパンゲノムを構築することにより、彼らの研究はトマトゲノムの構造変異を正確に特定し、その大きな構造を発見したと述べました変動は、遺伝率を失う主な理由の1つです。単一のリファレンスゲノムを使用する場合と比較して、グラフパンゲノムに基づく遺伝的変異は推定遺伝率を24％増加させることができ、「失われた遺伝率」の回復におけるグラフパンゲノムの重要な役割を示しています。
彼らはさらに、21,000近くの構造変異のデータセットを作成しました。このデータセットを使用して育種アレイを設計した場合、ゲノム選択の評価の精度は、SNPのフルセットを使用した場合の精度を超える可能性があります。
「トマトの特定の遺伝子発現形質のこの遺伝性の「車」の「ドライバー」である構造変異の謎が主導的な役割を果たし、単純な変異は「乗客」と言えます。」ヤンJian氏によると、この論文は、構造変異の研究に誰もがもっと注意を向けさせるものです。
ジャガイモのコードを解読して新しい「Youshu」を育成する
世界で3番目に大きい主食作物として、伝統的なジャガイモ栽培は4倍体が支配的であり、栄養繁殖を塊茎に依存しています。ただし、4倍体の遺伝子解析は複雑です。育種期間が長く、じゃがいもの輸送費が高く、害虫や病気にかかりやすい。
業界の発展の障害を完全に打破するために、2017年に「YouPotato Project」が開始されました。これは、4倍体のジャガイモを2倍体に置き換え、ハイブリッドシードを使用してジャガイモを繁殖させ、ジャガイモを破壊することを目的としています。育種と繁殖の方法革新。 2021年、「セル」は黄三文のチームが栽培した第一世代の二倍体ジャガイモ近交系と雑種ジャガイモ系統「ヨウシュNo.1」を出版した。
上海師範大学生命科学部のHuangXuehui教授は、中国科学ジャーナルに、優れたジャガイモプログラムのフォローアップとして、二倍体ジャガイモの対立遺伝子変異を十分に活用することが重要であると語った。さらなる繁殖と改善へ。
「ジャガイモの生殖質資源は豊富です。自然界のジャガイモの70％は二倍体であり、そのほとんどは野生物質です。これらの資源の優れた特性を最大限に活用することは、ジャガイモの遺伝的改善を加速するのに役立ちます。」Huang Sanwen現在公開されているジャガイモのゲノム配列は、ジャガイモの限られた生物多様性のみを捉えており、育種指導のためのジャガイモのゲノムを包括的に理解するには不十分です。
Tang Dieは、2倍体のジャガイモのパンゲノムを構築する際に、ゲノムの組み立てと注釈のために、ジャガイモの姉妹グループであるセクションEtuberosumの2つの種も選択したことを紹介しました。
Etuberosumはジャガイモの近縁種であり、その植物の形はジャガイモのそれと非常に似ています。また、地下の枝を形成し、塊茎を生成することなく新しい植物に成長するために上向きに成長します。地下の枝を含まず、塊を形成しません。 「したがって、Etuberosumは塊茎形成の遷移状態であると推測します」と、この論文の共同筆頭著者であり、ゲノミクス研究所の博士研究員であるJiaYuxinは述べています。
上記3つのマルチオミクス比較分析を通じて、チームは塊茎の発達に重要な役割を果たす可能性のあるTCP転写因子を特定し、この転写因子の遺伝子ホモ接合性欠失変異体を作成しました。表現型の観察は、野生型と比較して、突然変異体の匍匐茎の頂部が正常に膨潤して塊茎を形成することができず、代わりに側芽に発達したことを示した。 「これは、この遺伝子が塊茎の発達の初期段階で重要な役割を果たしていることを証明している」と、中国農業科学院の野菜と花の研究所の共同筆頭著者であり助手であるチャン・ジンジェは述べた。この遺伝子は塊茎同一性遺伝子と名付けられた。
論文の共同筆頭著者であり、ゲノミクス研究所の博士課程の学生であるLi Hongboは、栽培ジャガイモ内の共線性の欠如をさらに発見したことを紹介しました。これは、栽培ジャガイモ材料の広範な遺伝的多様性を示しています。ジャガイモのゲノムには多くの大きな構造変異があり、ジャガイモの無性生殖においてこれらの構造変異を取り除くことは困難です。
Huang Xuehuiは、チームが高品質のジャガイモパンゲノムの助けを借りていくつかの重要な遺伝子機能の手がかりを得たと述べました。 「優れた品種を新しい品種に集約する方法？最良のものを選択する方法？この研究から得られた大量の遺伝的多様性情報は、将来の二倍体ジャガイモの改善に重要な役割を果たします。」
スウェーデンのストックホルム大学生態環境植物科学部のJuanitaGutiérrez-ValenciaとTanjaSlotteは、Natureで同時に発表された意見記事で、この研究はジャガイモのゲノム資源と遺伝的変異を大幅に拡大すると述べました。間違いなくパンゲノムを使用して特定されたそれは、その基礎的および応用的研究を前進させるでしょう。この研究によって提供されるオミクス情報リソースは、ジャガイモゲノミクス支援育種に役立ちます。
関連する論文情報：
中国科学ジャーナル（2022-06-13第1版のハイライト）
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- 記事のタイトル : パンゲノムは将来の作物育種に力を与える
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関連資料
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