来自41个组织的国际研究小组对来自60个国家的3,366个鹰嘴豆品系的基因组进行了测序,这是对任何植物而言最大规模的努力。在此过程中,他们组装了鹰嘴豆的泛基因组,并报告了丰富的遗传变异图谱。由国际半干旱热带作物研究所(ICRISAT)领导的研究小组鉴定了29,870个基因,其中包括1,582个以前未报告的新基因。这项研究将鹰嘴豆归为一小类具有如此广泛基因组图谱的作物。
该研究发表在《自然》杂志上,论文《基于3,366个基因组测序的鹰嘴豆遗传变异图谱》。”
ICRISAT研究项目主任RajeevVarshney博士指出:“通过采用全基因组测序,我们已经能够确认鹰嘴豆起源于新月沃地的历史,并确定鹰嘴豆扩散或迁移到世界其他地方的两条路径。”。“一条路径表明扩散到南亚和东非,另一条表明扩散到地中海地区(可能通过土耳其)以及黑海和中亚(直到阿富汗)。”
鹰嘴豆在50多个国家种植,是世界第栽培豆类。2013年,ICRISAT牵头对第一个鹰嘴豆基因组(喀布尔品系)进行了测序。随后,由于需要完全了解物种水平(包括地方品种和野生型)的遗传变异,对更多品系进行测序的更大努力开始了。显而易见。在最新的研究中,该研究的作者报告了对多个基因库中保存的3,171个栽培鹰嘴豆品种和195个野生鹰嘴豆品种进行了测序。这3,366个品种代表了更大的全球收集中的鹰嘴豆遗传多样性。
栽培的鹰嘴豆品种是Cicerarietinum。该研究指出,C.arietinum在大约12,600年前就与其野生祖先物种Cicerreticulatum发生了分化。鹰嘴豆的历史与大约一万年前开始的强大遗传瓶颈有关。鹰嘴豆数量在大约1000年前达到最低水平,然后在过去400年中出现强劲扩张,这表明世界各地对鹰嘴豆农业重新产生了兴趣。作者在研究中报告说,分析八个Cicer物种随时间的分化所采用的方法也可用于识别种质的错误分类或重复,以更好地管理基因库中的种质。
“随着世界人口的增长,未来几年对鹰嘴豆的需求将会增加。印度农业研究委员会(ICAR)总干事TrilochanMohapatra博士表示:“我们迫切需要这样的研究,以帮助印度等主要生产国提高农作物产量,同时使农作物具有气候适应能力。”
ICRISAT总干事Jacquelined'ArrosHughes博士表示:“通过在过去十年中开发鹰嘴豆的许多基因组资源,ICRISAT帮助该作物摆脱了‘孤儿’标签。我们将与农业研究发展合作伙伴一起继续研究鹰嘴豆,并将研究结果转化为造福农民、消费者和国家的作物品种。”
将栽培鹰嘴豆的遗传变异与野生鹰嘴豆的遗传变异进行比较,有助于研究人员识别出导致作物性能降低的有害基因。这些有害基因在野生祖先中更为丰富,因为它们在栽培品系中会通过选择和重组而在一定程度上被清除。研究人员表示,可以使用基因组学辅助育种或基因编辑在品种中进一步清除这些有害基因。
此外,该研究还确定了地方品种(农民培育的驯化品种)中的单倍型,这些单倍型可以通过提高产量、气候适应能力和种子特性等性状来显着提高作物的性能。该研究利用1948年至2012年间发布的所有鹰嘴豆品种的历史数据,揭示了这些单倍型在品种中的部署。
“我们审查了过去发布的129个品种。尽管在其中一些品种中检测到了一些优良的单倍型,但我们发现大多数品种缺乏许多有益的单倍型。我们已经找到了56个有前途的品系,可以将这些单倍型引入育种计划,以开发增强品种。”ICRISAT基因组学和分子育种高级科学家ManishRoorkiwal博士解释道。
ICRISAT和其他组织一直在使用基因组学辅助育种方法,仅针对一个或最多两个基因。尽管如此,这些努力在过去三年里在印度和埃塞俄比亚带来了七个改良的鹰嘴豆品种。
为了将研究结果应用到农场,作者提出了三种基于基因组预测的育种方法,旨在改善16个性状并提高鹰嘴豆生产力。他们通过应用这些方法来提高100粒种子的重量(这是一个关键的产量性状),并预测增加幅度在12%到23%之间,从而证明了这些方法的有效性。
ICRISAT研究部副主任ArvindKumar博士指出:“基因组资源对于加快作物改良计划的遗传增益速度至关重要。”“希望通过这项研究获得的知识和资源将帮助世界各地的育种者彻底改变鹰嘴豆育种,同时不损害其遗传多样性。”