6月8日，《自然（Nature）》在線發表了中國農業科學院深圳農業基因組研究所黃三文團隊在植物基因組學領域的兩項重要研究成果，為實現泛基因組在作物育種的應用提供了新的解決方案。
研究一：野生與栽培馬鈴薯的基因組進化與多樣性
馬鈴薯種質資源豐富，自然界中70%的馬鈴薯是二倍體，其中大部分是野生材料，充分利用這些資源中的優異性狀，有利于加快馬鈴薯的遺傳改良。然而，目前已發表馬鈴薯的基因組序列只捕獲馬鈴薯有限的生物多樣性，不足以全面了解馬鈴薯基因組以用于育種指導。
黃三文團隊在《自然（Nature）》雜志在線發表題為“Genome evolution and diversity of wild and cultivated potatoes”的研究論文。該研究首次解析了二倍體馬鈴薯的泛基因組，破解了馬鈴薯如何結薯的分子機制，將為馬鈴薯雜交改良提供重要指導。
研究人員分析了具代表性的44份二倍體馬鈴薯種質的基因組，分析發現馬鈴薯與近源物種番茄和Etuberosum之間以及馬鈴薯類群內部存在廣泛的不完全譜系分選和物種間雜交的現象，反映馬鈴薯類群復雜的演化歷史?；诟哔|量的基因組組裝，研究人員開發一套R基因注釋流程，并發現馬鈴薯中R基因拷貝數相比于番茄和Etuberosum存在明顯擴張。通過馬鈴薯、番茄和Etuberosum的多組學比較分析，研究人員鑒定到一個可能在薯塊發育過程中發揮關鍵作用的TCP轉錄因子。研究還首次構建了栽培和近緣野生馬鈴薯的大片段倒位圖譜。
該研究將為馬鈴薯研究供豐富的基因組大數據支持，加深對馬鈴薯重要生物學性狀的理解，有力地推動雜交馬鈴薯育種，并加速馬鈴薯作為重要主糧作物的育種進程。
研究二：利用圖泛基因組找回丟失的遺傳力和促進番茄育種
番茄的性狀，如風味，由遺傳因素和環境因素共同決定。“遺傳力”的高低決定了性狀受遺傳調控的比例，遺傳力越高，性狀受遺傳因素決定比例越大。然而，遺傳力預測并不準確，傳統短片段測序對復雜結構變異的檢測能力較差，因此，會出現“遺傳力丟失”現象。找回這些丟失的遺傳力將有助于理解復雜性狀的遺傳機制。
黃三文團隊利用圖泛基因組解決了遺傳變異檢測難題，并從遺傳標記的不完全連鎖、等位基因異質性和位點異質性三個方面找回“丟失的遺傳力”，為解析生物復雜性狀的遺傳機制和番茄育種提供了新思路。
研究通過構建番茄圖泛基因組，準確鑒定了番茄基因組中的結構變異，研究發現大的結構變異是遺傳力丟失的關鍵原因之一。進一步研究發現，與利用單一參考基因組相比，基于圖泛基因組的遺傳變異可將估計的遺傳力提高24%。采用上述分析方法，該團隊共鑒定出2個潛在的與可溶性固形物含量高度相關的結構變異，可以用于未來的分子標記輔助選擇。通過對影響番茄風味的33種代謝物進行分析發現，利用全部的結構變異作為分子標記進行基因組選擇的效果最佳。
論文評審專家認為，“這項工作是對圖泛基因組概念最全面的分析。圖泛基因組將可能成為基因組分析和作物基因組育種的標準，在這個意義上，這篇論文是奠基性的”。
以上兩項研究得到國家基金委、科技部、廣東省、深圳市和中國農業科學院科技創新工程的資助。（通訊員 馬昕怡）
文章鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04822-x
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04808-9
