2018作物基因组学研究大事记

作物基因组学研究的发展，对于有效利用现代分子生物学手段进行物种的遗传改良发挥了重要作用。目前，已经实现对重要农作物，如水稻、小麦、玉米、大豆、油菜、棉花、蔬菜等作物基因组的测序或重测序，在此基础上完成对控制重要农艺性状基因的克隆和鉴定。SCIE 数据库检索显示，中国已成为作物基因组学领域发文最多的国家（《植物遗传资源学报》2018，19（3）：383-389）。这些巨大的进展得益于测序技术的进步与发展，尤其是三代单分子测序和 BiNano、10× Genomics、Hi-C 等新技术的应用。那2018年在作物基因组学领域都有哪些突破与飞跃呢？

Pan-genome analysis highlights the extent of genomic variation in cultivated and wild rice
发表期刊	Nature Genetics
发表时间	2018.1.15
IF	27.959
研究材料	22份温带粳稻、5 份热带粳稻、1份芳香粳稻、19份籼稻、6份澳大利亚稻和13 份普通野生稻
测序策略	~400 bp 或~700 bp 文库，HiSeq 2500 PE100 或 PE150 测序，平均测序深度115 ×
研究内容	构建栽培和野生稻泛基因组图谱，鉴定出水稻基因组中的各类遗传变异，发现功能基因存在的多种等位基因类型。

Genomes of 13 domesticated and wild rice relatives highlight genetic conservation, turnover and innovation across the genus Oryza
研究材料	4份亚洲栽培稻品种、1份非洲栽培稻、7份野生稻和1份假稻属品种
测序策略	小片段、大片段和 BAC 文库，Illumina/Roche- 454，平均测序深度 >100 ×
研究内容	对稻属内13个稻种的基因组进行深入解析，揭示了稻属的系统进化机制。

Genomic variation in 3,010 diverse accessions of Asian cultivated rice
发表期刊	Nature
发表时间	2018.4.25
IF	41.577
研究材料	来自全球89个国家的3010份亚洲栽培稻
测序策略	HiSeq 2000平台测序，平均测序深度14 ×
研究内容	对3010份亚洲栽培稻基因组数据进行深入分析，揭示了亚洲栽培稻的基因组变异、群体结构和遗传多样性，并构建了亚洲栽培稻的泛基因组图谱，探讨了水稻的起源、分类、进化和驯化机制。

Genome sequence of the progenitor of wheat A subgenome Triticum Urartu
发表期刊	Nature
发表时间	2018.5.9
IF	41.577
研究材料	乌拉尔图小麦 G1812
测序策略	BAC 测序、PacBio（97 Gb）、BiNano（417 Gb，有效深度83 ×）、10× Genomics
组装结果	组装大小：4.86 Gb，Contig N50：344kb，Scaffold N50：3.67Mb
研究内容	绘制小麦 A 基因组染色体序列精细图谱，鉴定了小麦 A 基因组从二倍体、经四倍体到六倍体进化过程中的染色体结构变异，推演了小麦 A 基因组7条染色体从禾本科共同祖先基因组起源的演化模型。群体遗传学分析表明海拔高度在乌拉尔图小麦适应环境和重要性状形成中具有重要作用。

Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference
发表期刊	Science
发表时间	2018.8.17
IF	41.058
研究材料	六倍体小麦中国春
测序策略	Illumina 测序、BAC 文库测序、Hi-C、遗传图谱
组装结果	组装大小：14.5 Gb，Contig N50：51.8 kb，Scaffold N50：7 Mb/ superscaffold N50：22.8 Mb
研究内容	六倍体小麦基因组染色体水平的组装和完整注释及基因组组成分析，并通过整合转录组数据揭示了开花性状相关的基因共调节网络。对小麦特有的扩张的基因家族进行了功能富集分析，发现这些基因显著富集在籽粒产量，逆境胁迫响应，花粉育性等类别中。利用该组装基因组和详细的注释信息，加速了重要农艺性状潜在候选基因的鉴定，如响应非生物胁迫及抗虫性的 SSt1 QTL 和调控小麦开花时间的基因。

Extensive intraspecific gene order and gene structural variations between Mo17 and other maize genomes genome
发表期刊	Nature Genetics
发表时间	2018.7.30
IF	27.959
研究材料	玉米 Mo17 自交系
测序策略	PacBio 200.8 Gb（90 ×）、Illumina 251.8 Gb，BioNano 267.7 Gb
组装结果	组装大小2,183 Mb，Contig N50：1.48 Mb，Scaffold N50：10.2 Mb
研究内容	构建玉米 Mo17 的高质量参考基因组序列，鉴定了广泛的种内基因顺序和基因结构变异。

The maize W22 genome provides a foundation for functional genomics and transposon biology
发表期刊	Nature Genetics
发表时间	2018.7.30
IF	27.959
研究材料	玉米 W22 自交系
测序策略	llumina HiSeq> 180 ×、10× Genomics
组装结果	组装大小：2133.87 Mb，Contig  N50：72.4 kb，Scaffold N50：35.5 Mb
研究内容	构建玉米 W22 自交系基因组，新组装的基因组与 B73 基因组比较发现 TEs 元件在不同基因型之间呈现多态性分布，不同的转座子存在插入偏好性并且插入位点及两侧区域在不同序列情境下甲基化水平也不同。

Assembly and annotation of a draft genome sequence for Glycine latifolia, a perennial wild relative of soybean
发表期刊	Plant Journal
发表时间	2018.4.19
IF	5.9
研究材料	大豆野生近缘种 Glycine latifolia
测序策略	10× Genomics、HiSeq 2500 PE150
组装结果	组装大小：939.7 Mb，Contig N50：62.61 Kb，Scaffold N50：853.6 Kb
研究内容	大豆野生近缘种 Glycine latifolia 的基因组草图组装和注释，鉴定着丝粒特异重复序列和与防御响应和非生物胁迫响应相关的基因家族。

De novo assembly of a Chinese soybean genome biology genome
发表期刊	Science China Life Sciences
发表时间	2018.7.27
IF	3.085
研究材料	中黄13
测序策略	PacBio SMRT：80 ×、BiNano、Hi-C：125 ×
组装结果	组装大小：1.025 Gb，Contig N50：3.46 Mb，Scaffold N50：51.87 Mb
研究内容	组装高质量的中国大豆品种“中黄13”基因组，分析其和 Williams 82 基因组之间的遗传变异，整合大量转录组数据构建了一个完整的基因共表达网络，得到26个可能控制大豆开花时间的基因，利用自然群体遗传变异和表型差异的关联对其中部分基因进行验证，为重要农艺性状基因的挖掘提供了新思路。

Resequencing a core collection of upland cotton identifies genomic variation and loci influencing fiber quality and yield（诺禾致源合作项目文章）
发表期刊	Nature Genetics
发表时间	2018.5.7
IF	27.959
研究材料	419份陆地棉核心种质
测序策略	WGS，6.55×
研究内容	对419份棉花核心种质的13个纤维相关性状进行全基因组关联（GWAS）分析，鉴定出了与开花时间、纤维长度和纤维强度等性状相关的基因位点。

Resequencing of 243 diploid cotton accessions based on an updated A genome identifies the genetic basis of key agronomic traits
发表期刊	Nature Genetics
发表时间	2018.5.7
IF	27.959
研究材料	230份亚洲棉和13份草棉
测序策略	PacBio 77.6×，Hi-C有效reads＞20 ×，WGS，6 ×
研究内容	利用 PacBio 和 Hi-C 技术提升亚洲棉基因组组装水平；对230份亚洲棉和13份草棉进行全基因组重测序，发现亚洲棉和草棉与雷蒙德氏棉同时进行了分化；通过全基因组关联分析鉴定了亚洲棉11个重要农艺性状的98个显著关联位点，对品质、产量和抗病性等重要性状进行了研究。

 

Reference genome sequences of two cultivated allotetraploid cottons Gossypium hirsutum and Gossypium barbadense
发表期刊	Nature Genetics
发表时间	2018.12.5
IF	27.959
研究材料	高度纯合陆地棉 Texas Marker-1（TM-1）和海岛棉3-79
测序策略	PacBio（G. hirsutum：194.01 Gb，G. barbadense：210.98 Gb，每个品种覆盖深度至少80 ×），BioNano（G. hirsutum 213.2 Gb，平均覆盖度为88.9 ×；G. barbadense 373.7 Gb，平均覆盖度为155.7 ×），Hi-C
组装结果	G. hirsutum（组装大小：2,347 Mb Contig L50 = 1.89 Mb，BiNano scaffold L50：5.22 Mb /最终 scaffold L50：97 Mb）、G. barbadense（组装大小：2,266 Mb，Contig L50：2.15 Mb，BiNano scaffold L50：6.89 Mb /最终scaffold L50：93 Mb）
研究内容	利用了三代测序技术+光学图谱 +Hi-C 染色体挂载技术，对异源四倍体陆地棉和海岛棉基因组进行升级，比较两种棉花基因组差异，结合 Hi-C 技术鉴定了倒位、易位等大的染色体结构变异，并通过四倍体棉亚基因组和其二倍体祖先之间的基因组差异分析棉花多倍化过程中发生的变异。最后通过构建渐渗系群体，鉴定了5个纤维品质性状的13个 QTL 位点，通过检验13个 QTLs 中的基因表达水平，检测到了235个在纤维发育过程中高度表达的基因。

Chinese Root-type Mustard Provides Phylogenomic Insights into the Evolution of the Multi-use Diversified Allopolyploid Brassica juncea
发表期刊	Molecular Plant
发表时间	2018.3.5
IF	8.827
研究材料	109份来自中国，印度，澳大利亚和欧洲国家的芥菜材料
测序策略	SLAF-seq
研究内容	对芥菜作物进行群体进化分析，从基因组水平上揭示了芥菜为单一起源，大头菜（根用芥菜）变种最早在中国分化，明确了芥菜的起源中心在中国，计算了芥菜不同类群分化形成时间。

Whole-genome resequencing of a world-wide collection of rapeseed accessions reveals genetic basis of their ecotype divergence
发表期刊	Molecular Plant
发表时间	2018.11.23
IF	8.827
研究材料	991份源自世界39个国家（地区）的油菜种质
测序策略	WGS，6.6 ×
研究内容	发现了油菜从起源地（地中海地区）逐步向世界各地扩散的8条主要基因漂流途径，以及在迁徙过程中人工与自然选择留下的一系列选择痕迹；中国冬油菜源自波兰，经日本传到中国。通过全基因组关联分析，发现了 FLOWERING LOCUS T 与 FLOWERING LOCUS C 等2个基因启动子区域的 SNP 形态差异，以及乙烯合成与信号传导途径基因的遗传多态性，是导致冬性、半冬性、春性三种生态分化的关键分子基础。

参考文献

[1] Zhao Q, Feng Q, Lu H, et al. Pan-genome analysis highlights the extent of genomic variation in cultivated and wild rice[J]. Nature Genetics, 2018, 50(2):278.

[2] Stein J C, Yu Y, Copetti D, et al. Genomes of 13 domesticated and wild rice relatives highlight genetic conservation, turnover and innovation across the genus Oryza[J]. Nature Genetics, 2018, 7(1).

[3] Wang W, Mauleon R, Hu Z, et al. Genomic variation in 3,010 diverse accessions of Asian cultivated rice[J]. Nature, 2018, 557(7703).

[4] Ling H Q , Ma B , Shi X , et al. Genome sequence of the progenitor of wheat A subgenome Triticum urartu[J]. Nature, 2018, 557(7705).

[5] International Wheat Genome Sequencing Consortium. Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome[J]. Science, 2018.

[6] Sun S, Zhou Y, Chen J, et al. Extensive intraspecific gene order and gene structural variations between Mo17 and other maize genomes[J]. Nature Genetics, 2018.

[7] Springer N M, Anderson S N, Andorf C M, et al. The maize W22 genome provides a foundation for functional genomics and transposon biology[J]. Nature Genetics, 2018.

[8] Liu Q , Chang S , Hartman G L , et al. Assembly and annotation of a draft genome sequence for Glycine latifolia, a perennial wild relative of soybean[J]. The Plant Journal, 2018.

[9] Shen Y, Liu J, Geng H, et al. De novo assembly of a Chinese soybean genome[J]. Science China Life Sciences, 2018.

[10] Ma Z, He S, Wang X, et al. Resequencing a core collection of upland cotton identifies genomic variation and loci influencing fiber quality and yield.[J]. Nature Genetics, 2018.

[11] Du X, Huang G, He S, et al. Resequencing of 243 diploid cotton accessions based on an updated A genome identifies the genetic basis of key agronomic traits[J]. Nature Genetics, 2018.

[12] Wang M, Tu L, Yuan D, et al. Reference genome sequences of two cultivated allotetraploid cottons, Gossypium hirsutum and Gossypium barbadense[J]. Nature Genetics, 2018.

[13] Yang J, Zhang C, Zhao N, et al. Chinese Root-type Mustard Provides Phylogenomic Insights into the Evolution of the Multi-use Diversified Allopolyploid Brassica juncea[J].Molecular Plant, 2018.

[14] Wu D, Liang Z, Yan T, et al. Whole-Genome Resequencing of a Worldwide Collection of Rapeseed Accessions Reveals the Genetic Basis of Ecotype Divergence[J].Molecular Plant, 2018.

 

作物研究部  吴小培丨文案

孙津津丨编辑