中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所特色農(nóng)作物優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用團隊從基因組水平揭示了金蕎麥和苦蕎性狀差異的重要原因，對金蕎麥的生態(tài)類型進行了初步的劃分和比較，并開發(fā)了與蘆丁代謝相關(guān)的分子標記，為金蕎麥的性狀改良和品質(zhì)育種，以及苦蕎和金蕎麥種間雜交的分子育種提供了理論依據(jù)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《新植物學(xué)家（New phytologist）》上。

金蕎麥植株形態(tài)和基因組特征

(資料圖)

據(jù)周美亮研究員介紹，苦蕎是蕎麥屬中主要作為糧食作物廣泛栽培的，而金蕎麥主要作為藥用和飼用，具有抗菌消炎、預(yù)防癌癥和抗腫瘤的功效。金蕎麥是苦蕎的野生近緣種，也是苦蕎遺傳改良的重要遠緣雜交材料，但與苦蕎相比，金蕎麥具有籽粒大且蘆丁等活性成份更加豐富、地下膨大莖、花期長、耐寒等特點。為充分挖掘金蕎麥的優(yōu)異基因資源以及加快鑒定苦蕎-金蕎麥雜交后代優(yōu)異材料，開展金蕎麥和苦蕎比較基因組研究十分必要。

研究人員通過與苦蕎基因組比較發(fā)現(xiàn)，金蕎麥基因組大小（1.08G）是苦蕎基因組（0.48G）的兩倍，這主要是由于重復(fù)序列擴增導(dǎo)致。研究發(fā)現(xiàn)，金蕎麥在3號和4號染色體上存在兩段大片段倒位，相關(guān)基因與代謝、細胞壁形成、根形態(tài)建成等密切相關(guān)?；蚪M進化分析發(fā)現(xiàn)，金蕎麥和苦蕎在近代發(fā)生分化，金蕎麥中代謝相關(guān)的基因受到了強烈選擇。通過對金蕎麥的地下膨大莖、根和苦蕎的根分別進行代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)金蕎麥中兒茶素、原花青素、蘆丁、槲皮素等黃酮類物質(zhì)含量遠高于苦蕎，是金蕎麥可做藥用的重要原因。進一步從基因組層面揭示了金蕎麥中黃酮類物質(zhì)合成相關(guān)基因發(fā)生了擴增。此外，對研究團隊過去5年從云貴高原搜集到的34份直立和斜生生態(tài)型的二倍體野生金蕎麥并進行了性狀評價，發(fā)現(xiàn)直立生態(tài)型的農(nóng)藝性狀優(yōu)于斜生生態(tài)型，而斜生生態(tài)型的品質(zhì)性狀更優(yōu)。進而挖掘到一系列與品質(zhì)和農(nóng)藝性狀相關(guān)的基因，并開發(fā)了分子標記。

據(jù)了解，該研究為金蕎麥的性狀改良和品質(zhì)育種，以及苦蕎和金蕎麥種間雜交的分子育種提供了理論依據(jù)。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金重點國際合作項目等項目支持。

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記者

宋雅娟 張蕃