2011年11月7日,，由國際半干旱地區(qū)熱帶作物研究所(ICRISAT)主導(dǎo)，美國喬治亞大學(xué),、美國加州大學(xué)戴維斯分校,、美國冷泉港實(shí)驗(yàn)室、美國國家基因組資源中心,。深圳華大基因研究院等單位共同合作完成的木豆基因組研究成果在國際權(quán)威雜志《自然-生物技術(shù)》（Nature Biotechnology）上在線發(fā)表,。木豆是繼大豆之后第二個(gè)完成基因組測序的食用豆類，其基因組測序的完成將有助于科學(xué)家們從基因組水平更好地了解木豆的生物學(xué)特性,，對(duì)提高木豆的質(zhì)量,、產(chǎn)量和促進(jìn)亞洲及撒哈拉以南的非洲等地區(qū)的可持續(xù)性糧食生產(chǎn)具有重大意義。本項(xiàng)目得到了國際農(nóng)業(yè)研究顧問機(jī)構(gòu)(CGIAR)開展的全球挑戰(zhàn)計(jì)劃(Generation Challenge Programme, GCP)的大力支持,。
木豆是木豆屬Cajanus中唯一的一個(gè)栽培種Cajanus cajan，為世界第六大食用豆類,，也是迄今為止唯一的一種木本食用豆類作物,。木豆原產(chǎn)于印度，距今大約已有6000年的栽培歷史,，目前全世界木豆栽培面積為500多萬公頃,，主要分布在亞洲、非洲撒哈拉沙漠以南和美國中南部,，其中,，栽培面積最大的是印度,，占世界的80%以上。木豆在世界的半干旱地區(qū)是一種非常重要的食用豆類,，由于其高蛋白含量被稱為“窮人的肉”,，與谷類一起搭配食用可保證當(dāng)?shù)鼐用竦纳攀称胶狻Ｄ径够蚪M結(jié)構(gòu)和功能的研究對(duì)提高木豆的質(zhì)量,、產(chǎn)量和增強(qiáng)其對(duì)惡劣環(huán)境的抵抗能力和防治病蟲害等方面具有重要意義,。
研究人員通過新一代測序技術(shù)對(duì)木豆的DNA進(jìn)行測序、組裝和注釋,，推測出木豆的基因組大小約為833.07Mb（組裝得到的基因組大小約為605.78Mb）,，并預(yù)測其含有48,680個(gè)基因。研究人員發(fā)現(xiàn)了一些木豆所特有的耐旱基因,，這些基因可以被轉(zhuǎn)入到大豆,、豇豆或者菜豆等其他豆類植物中，從而提高這些豆類的耐旱性,，這將有助于改善干旱地區(qū)貧困農(nóng)民的生計(jì),。文章的第一作者之一、華大基因該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人陳文彬介紹說：“在對(duì)木豆的基因組進(jìn)行分析時(shí),，我們發(fā)現(xiàn)這些與耐旱相關(guān)的基因在整個(gè)木豆的馴化及其祖先的進(jìn)化歷史上很可能扮演著非常重要的角色,。木豆基因組序列圖譜的完成為深入探討其重要農(nóng)業(yè)性狀奠定了堅(jiān)實(shí)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，并將有助于具有優(yōu)良性狀的木豆新品種的研究與開發(fā)”,。
國際半干旱地區(qū)熱帶作物研究所所長 William D. Dar說：“目前全球正面臨著幾十年來最嚴(yán)重的旱災(zāi)和饑荒,，尤其是非洲。以科學(xué)為基礎(chǔ)的,、可持續(xù)的農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)幫助干旱地區(qū)人民擺脫貧困和饑荒是至關(guān)重要的,。木豆基因組序列圖譜的完成對(duì)加速新品種培育、提高作物產(chǎn)量以及改善民生具有非常重要的意義,。”
文章的第一作者,、該項(xiàng)目的首席科學(xué)家Rajeev Varshney博士解釋說：“目前，通過傳統(tǒng)的方法培育一個(gè)新品種大概需要6-10年的時(shí)間,，而木豆基因組序列圖譜將有助于加快木豆‘優(yōu)良基因’的篩選,，可使培育一個(gè)新品種的時(shí)間縮短至3年，同時(shí)也會(huì)使成本大大降低,。” 華大基因主席楊煥明院士表示：“此次木豆基因組項(xiàng)目的重大成果對(duì)中印兩國科學(xué)家之間的合作具有里程碑式的意義,，說明中印兩國的科學(xué)家在基因組學(xué)研究領(lǐng)域已經(jīng)建立了良好的合作關(guān)系和深刻的共識(shí)。希望將來我們能有更多的合作機(jī)會(huì),，為整個(gè)世界和人類做出更多貢獻(xiàn),。”(生物谷 Bioon.com)
doi:10.1038/nbt.2022
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Draft genome sequence of pigeonpea (Cajanus cajan), an orphan legume crop of resource-poor farmers
Pigeonpea is an important legume food crop grown primarily by smallholder farmers in many semi-arid tropical regions of the world. We used the Illumina next-generation sequencing platform to generate 237.2 Gb of sequence, which along with Sanger-based bacterial artificial chromosome end sequences and a genetic map, we assembled into scaffolds representing 72.7% (605.78 Mb) of the 833.07 Mb pigeonpea genome. Genome analysis predicted 48,680 genes for pigeonpea and also showed the potential role that certain gene families, for example, drought tolerance–related genes, have played throughout the domestication of pigeonpea and the evolution of its ancestors. Although we found a few segmental duplication events, we did not observe the recent genome-wide duplication events observed in soybean. This reference genome sequence will facilitate the identification of the genetic basis of agronomically important traits, and accelerate the development of improved pigeonpea varieties that could improve food security in many developing countries.
