2013年8月28日,，來自澳大利亞昆士蘭大學(xué),、深圳華大基因研究院等單位的科研人員對(duì)一重要糧食飼料作物——高粱進(jìn)行了全基因組測(cè)序及分析,。該研究比較了44個(gè)高粱品種的基因組序列,，發(fā)現(xiàn)高粱基因組中存在大量的遺傳變異,，為今后高粱及其它糧食作物的育種改良提供了寶貴的遺傳資源,，同時(shí)也為解決全球日益嚴(yán)峻的糧食問題奠定了重要的科研基礎(chǔ),。最新研究結(jié)果于《自然,？通訊》（Nature Communications）雜志上發(fā)表。
氣候變化,，環(huán)境惡化,，人口增長(zhǎng)等都滋生了一系列嚴(yán)重的生態(tài)和社會(huì)問題，如何在保護(hù)環(huán)境的前提下,，提高糧食產(chǎn)量和發(fā)展新型清潔型能源是擺在全球科學(xué)家們面前的一道難題,。原產(chǎn)自非洲地區(qū)的高粱，具有耐熱,、耐旱和高產(chǎn)的特征,。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年約有5億人口以高粱為主食,。除了作為糧食作物之外,，高粱也是一種主要飼料來源及高價(jià)值潛在生物能源作物，因此對(duì)高粱基因組進(jìn)行研究,，不僅可以為了解草本及C4植物光合作用的進(jìn)化機(jī)制提供線索,，還可為進(jìn)一步提高高粱產(chǎn)量和作物改良作出積極貢獻(xiàn)。
在本研究中,，來自中澳兩國(guó)的科學(xué)家通過對(duì)44株不同來源的高粱樣本,，包括地方品種（Landraces），改良品種（Improved inbreds）和野生&雜草材料（Wild和weedy）,，進(jìn)行了全基因組重測(cè)序及分析,，并首次對(duì)擬高粱（Sorghum Propinquum）進(jìn)行了全基因組測(cè)序。研究發(fā)現(xiàn),，高粱（S. bicolor）與擬高粱都存在豐富的遺傳多樣性,。通過比較分析，科研人員還發(fā)現(xiàn)不同的高粱品種在基因組中存在著強(qiáng)烈的種群結(jié)構(gòu)差異和復(fù)雜的馴化歷程,，包括至少發(fā)生過兩次獨(dú)立的馴化事件,，并證實(shí)了來自非洲西部的Guinea-margaritiferums基因組與其它栽培高粱品種之間確實(shí)存在顯著差異。
研究人員對(duì)8M高質(zhì)量的單核苷酸多態(tài)性（SNP）進(jìn)行了鑒定分析,，發(fā)現(xiàn)約83%的SNP分布在基因間區(qū),，而編碼區(qū)則相對(duì)較為保守，含有較少的SNP位點(diǎn),。野生&雜草材料的SNP數(shù)量顯著高于地方品種和改良品種,，這說明遺傳多樣性在高粱馴化和改良的過程中存在下降的趨勢(shì),，進(jìn)一步研究還鑒定了基因組中與馴化和改良相關(guān)的基因。同時(shí),，研究人員還在高粱基因組中鑒定了1.9M的插入和缺失變異（Indel）,。GO-SLIM基因功能注釋發(fā)現(xiàn)，這些突變位點(diǎn)主要與細(xì)胞組分（Cellular component）基因相關(guān),，例如與馴化相關(guān)的基因Rc（果皮顏色相關(guān)基因）和su1（淀粉合成相關(guān)基因）,。此外，在高粱基因組中還發(fā)現(xiàn)了大量的拷貝數(shù)變異（CNV）,，基因缺失和獲得事件（Gene loss and gain events）,。這些遺傳變異的發(fā)現(xiàn)為高粱的改良和馴化提供了重要的科研依據(jù)。
華大基因該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人太帥帥指出：“作物的馴化和改良一直是育種學(xué)家和遺傳學(xué)家的主攻課題,，本研究對(duì)44株高粱品種進(jìn)行測(cè)序分析,，發(fā)現(xiàn)了一系列的變異位點(diǎn)，為高粱的遺傳多樣性研究以及育種改良提供了寶貴的遺傳資源,。同時(shí),，這也是華大基因繼水稻基因組、大豆基因組和玉米基因組之后的又一個(gè)重大科研突破,。”（生物谷Bioon.com）
doi:10.1038/ncomms3320
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Whole-genome sequencing reveals untapped genetic potential in Africa’s indigenous cereal crop sorghum
Emma S. Mace, Shuaishuai Tai, Edward K. Gilding, Yanhong Li, Peter J. Prentis, Lianle Bian, Bradley C. Campbell, Wushu Hu, David J. Innes, Xuelian Han, Alan Cruickshank, Changming Dai, Céline Frère, Haikuan Zhang, Colleen H. Hunt, Xianyuan Wang, Tracey Shatte, Miao Wang, Zhe Su, Jun Li et al.
Sorghum is a food and feed cereal crop adapted to heat and drought and a staple for 500 million of the world’s poorest people. Its small diploid genome and phenotypic diversity make it an ideal C4 grass model as a complement to C3 rice. Here we present high coverage (16–45 × ) resequenced genomes of 44 sorghum lines representing the primary gene pool and spanning dimensions of geographic origin, end-use and taxonomic group. We also report the first resequenced genome of S. propinquum, identifying 8 M high-quality SNPs, 1.9 M indels and specific gene loss and gain events in S. bicolor. We observe strong racial structure and a complex domestication history involving at least two distinct domestication events. These assembled genomes enable the leveraging of existing cereal functional genomics data against the novel diversity available in sorghum, providing an unmatched resource for the genetic improvement of sorghum and other grass species.
