近日，浙江省農(nóng)科院蠶桑與茶葉研究所桑育種與栽培團隊聯(lián)合北京大學、浙江農(nóng)林大學、臺灣大學等多家科研單位，在《Plant Biotechnology Journal》（IF=12.4）上發(fā)表了題為“Haplotype-Resolved Genome Assembly and Population Genomics reveal Evolutionary History and Agronomic Traits of Mulberry”的研究論文。該研究成功完成了我國兩大主栽桑樹品種‘農(nóng)桑14號’與‘強桑1號’的高質(zhì)量單倍型基因組組裝，首次以確鑿的分子證據(jù)揭示了桑樹的起源與傳播歷史，揭示了控制桑樹產(chǎn)量、抗病性等關鍵農(nóng)藝性狀的遺傳密碼，為桑樹分子育種奠定了里程碑式的基礎。
桑樹是我國代表性的重要經(jīng)濟樹種，‘農(nóng)桑14號’和‘強桑1號’是浙江省農(nóng)科院選育的優(yōu)良桑樹大品種，占我國嫁接桑推廣量的80%以上。本研究首次在桑樹上利用Trio-binning技術，通過對‘農(nóng)桑14號’和‘強桑1號’雜交F1子代（QN52）的深度測序，成功獲得了雙親的高質(zhì)量單倍型基因組（圖1），為高雜合度木本植物的基因組組裝提供了一套高效且極具性價比的新方案。
圖1 ‘農(nóng)桑14號’和‘強桑1號’的基因組及系統(tǒng)進化信息
桑樹的起源在學界長期存在爭議。為破解這一謎題，本研究對來自全球12個國家的376份桑樹種質(zhì)資源進行了系統(tǒng)分析，其中包括39株具有數(shù)百乃至上千年樹齡的珍貴古桑樹。研究結果系統(tǒng)解析了桑樹起源、擴散軌跡及南北群體遺傳分化規(guī)律，通過分子證據(jù)明確了云貴高原為桑樹起源中心。研究進一步揭示，桑樹從起源地出發(fā)，主要沿著"由南向北"的路線在中國境內(nèi)擴散，這一遷徙過程導致了顯著的南北種群遺傳分化。值得關注的是，南方種群表現(xiàn)出更高的遺傳多樣性，這一發(fā)現(xiàn)為云貴高原作為桑樹起源中心提供了有力佐證（圖2、圖3）。
圖2 桑樹群體結構
圖3 桑樹歷史演化軌跡
目前，桑樹性狀的遺傳解析多局限于少數(shù)類型，缺乏大規(guī)模系統(tǒng)性研究，嚴重制約了桑樹分子育種的進程。為突破這一瓶頸，研究團隊系統(tǒng)調(diào)查了37個與桑樹生長發(fā)育及抗性相關的重要農(nóng)藝性狀，通過GWAS分析鑒定到了204個關鍵位點，并對莖節(jié)長度、株高、發(fā)芽時間、葉片大小、葉片厚度等關鍵生產(chǎn)性狀進行單倍型解析，精準鑒定調(diào)控性狀的相關基因，為桑樹分子設計育種奠定堅實基礎。
圖4 桑樹37個生長發(fā)育性狀GWAS分析
桑疫病是近年來危害桑產(chǎn)業(yè)的主要細菌性病害，對產(chǎn)業(yè)造成了極大經(jīng)濟損失。為解析桑樹的桑疫病抗性機制，團隊歷時五年構建了強抗病品種‘農(nóng)桑14號’與易感病品種‘強桑1號’的子代分離群體，對子代538個群體進行連續(xù)3年的抗病性調(diào)查，通過BSA+GWAS策略，首次發(fā)現(xiàn)位于1號染色體的G-type RLK串聯(lián)超級基因簇在桑樹疫病抗性中的關鍵作用，揭示了桑樹抗病性的核心遺傳基礎，為桑樹抗病分子育種提供了關鍵靶點與理論依據(jù)（圖5）。
圖5 GWAS和BSA分析解析桑疫病抗病機制
浙江省農(nóng)科院蠶桑與茶葉研究所魏佳研究員、呂志強研究員、臺灣大學林盈仲教授和浙江農(nóng)林大學孫學鵬教授為本文通訊作者，蠶桑與茶葉研究所王志鳳副研究員、劉培剛助理研究員、北京大學現(xiàn)代農(nóng)學院焦成智教授和天津極智生物科技有限公司張亞州為本文第一作者。感謝東北林業(yè)大學姜立泉教授和浙江農(nóng)林大學張守科副教授對本研究的貢獻。本研究得到了浙江省蠶桑新品種選育重大科技專項、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系、浙江省自然科學基金和新疆自治區(qū)重大科技專項等項目資助。
論文鏈接： http://doi.org/10.1111/pbi.70473
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