近日,記者從中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉,我國(guó)科研人員完成了首個(gè)豆科綠肥作物紫云英的染色體水平參考基因組組裝,并在此基礎(chǔ)上,解析了紫云英共生結(jié)瘤的遺傳基礎(chǔ),研究由中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所肥料及施肥技術(shù)團(tuán)隊(duì)完成,相關(guān)成果發(fā)表在《植物通訊(Plant Communications)》上。
紫云英是豆科黃耆屬植物,又名紅花草、翹搖等,株高30厘米左右,開紫色的傘形花朵。紫云英原產(chǎn)于中國(guó),在長(zhǎng)江流域廣泛分布,是我國(guó)南方最重要的綠肥作物,人們利用冬閑稻田種植紫云英,可以增產(chǎn)節(jié)肥、改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境,是維持和提升稻田可持續(xù)生產(chǎn)的有效手段。據(jù)曹衛(wèi)東研究員介紹,紫云英本身也可以作為牧草、蜜源、蔬菜、中藥材等,具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
作為豆科作物,固氮是其普遍的特征,紫云英也是固氮作物,但由于缺乏基因組信息,它的遺傳學(xué)及共生固氮研究,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他固氮作物。
在此次研究中,研究人員利用新技術(shù),進(jìn)行了全基因組測(cè)序,并進(jìn)行了解析,發(fā)現(xiàn)紫云英的基因組中,含有59.84%的重復(fù)序列,紫云英長(zhǎng)末端重復(fù)序列的數(shù)量和長(zhǎng)度明顯擴(kuò)增,導(dǎo)致紫云英基因組擴(kuò)增。
研究人員還發(fā)現(xiàn),在進(jìn)化過(guò)程中,紫云英與蝶形花亞科共有的全基因組復(fù)制事件中保留了關(guān)鍵的共生結(jié)瘤基因。查耳酮合成酶基因在紫云英等豆科物種中顯著擴(kuò)增,且在紫云英根部富集表達(dá),從空間上為紫云英成功結(jié)瘤提供了必要的類黃酮信號(hào)。紫云英、苜蓿、大豆中抗病基因在根系中的表達(dá)高于根瘤,抗病基因在根系中的富集可能增強(qiáng)了根部的免疫,彌補(bǔ)共生過(guò)程中植物防御的減弱。
該研究得到國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程、國(guó)家作物種質(zhì)資源庫(kù)綠肥分庫(kù)等項(xiàng)目的支持。研究成果填補(bǔ)了豆科綠肥作物基因組學(xué)研究的空白,為豆科植物與根瘤菌共生提供了新的見解。