福建农林大学等破译四倍体栽培种花生全基因组

5月1日，福建农林大学庄伟建教授与印度国际半干旱热带作物研究所、华北理工大学等23个研究机构的研究成果《栽培花生基因组揭示核型、多倍体进化和豆科植物的作物驯化》在《自然遗传学》在线发表。本研究首次在世界范围内破解了四倍体栽培花生的全基因组，表明中国在栽培花生基因组、花生染色体起源、花生和主要豆科植物的核型进化、花生基因组结构变异、花生物种起源和分子育种等方面的研究处于国际领先水平。

由于异四倍体花生基因组大，结构复杂，研究难度大。基础生物学研究、重要基因的精细定位和功能鉴定、花生分子遗传育种和生物技术研究滞后，长期以来影响了产业发展。栽培花生的基因组是一个节段性异四倍体，由两个相似的基因组进化而来，尚未被解码。

该项目是世界上第一个完成并公布优质栽培花生全基因组序列和精细结构框架，并准确注释到非冗余等位基因水平的项目。在此基础上，对花生、其他豆科植物和双子叶植物葡萄的基因组进行了全面、系统、深入的比较，揭示了花生和其他豆科植物栽培花生基因组的染色体起源、核型进化和结构变化，重构了花生和豆科植物主要类群染色体数目和结构变化的复杂过程，发现花生核型是由豆科祖先染色体独立进化直接产生的。它为解释花生品种特定生物学性状的进化提供了遗传学基础。

栽培花生在翻两番后，种子大小、抗病性和含油量都发生了很大的变化。该项目揭示了栽培花生在全基因组水平上基因含量的变化，分析了种子大小、抗病性、油代谢和特殊固氮特性与基因含量和序列进化之间的关系。

该研究系统深刻地指出了栽培花生的物种起源、进化和栽培驯化，证明了已测序的野生种杜兰花生不是栽培花生的亚基因组供体。栽培花生起源于42万至47万年前，其两个品种和亚种独立进化和驯化，揭示了现代花卉栽培品种的基因组结构，特别是提出了全新的花生进化理论，为花生遗传改良提供了理论指导。

花生育种的主要目标是高产、优质和抗逆性。本研究首次通过基因组精细定位获得了决定花生种子大小和种皮颜色的基因，以及花生抗晚疫病和锈病的R基因簇。基因组也证实了诱变产生了一种具有双基因隐性突变和高油酸的新材料。该研究使花生全基因组选育、精确育种和大规模基因组编辑成为可能，可大大提高花生的遗传改良效率，培育高产、优质、抗病、安全的新品种。研究表明，花生基因组也可以作为双子叶植物的重要参考基因组，用于研究双子叶植物和豆科植物的起源、进化和物种多样性。

本研究主要依托福建农林大学，由印度国际半干旱热带作物研究所、武汉未来集团生物科学研究所、华北理工大学、美国佛罗里达大学、*国立成功大学、山东省农业科学院、广西壮族自治区农业科学院、河南省农业科学院、中国农业科学院油料作物研究所、美国佐治亚大学等23家研究机构共同完成。它为全球花生遗传改良做出了里程碑式的贡献。