近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)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，并利用比較基因組學(xué)解析了紫云英共生結(jié)瘤的遺傳基礎(chǔ)。該研究填補(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。相關(guān)研究成果發(fā)表于《植物通訊》（Plant Communications）。

 

 

　　曹衛(wèi)東研究員介紹，紫云英（Astragalus sinicus）又名紅花草、翹搖等，原產(chǎn)于中國(guó)，屬于豆科黃耆屬作物，主要分布于中國(guó)、韓國(guó)、日本等東亞國(guó)家，是我國(guó)南方最重要的綠肥作物和覆蓋作物。利用冬閑稻田種植紫云英能夠增產(chǎn)節(jié)肥、合理利用光熱資源及改善生態(tài)環(huán)境，是維持和提高稻田可持續(xù)生產(chǎn)力的有效手段。紫云英也可作為牧草、蜜源、蔬菜、中藥等綜合利用。由于缺乏基因組信息，紫云英的遺傳學(xué)及共生固氮研究遠(yuǎn)落后于其他豆科作物。

 

 

　　研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用第三代PacBio、二代Illumina技術(shù)及高通量染色體捕獲技術(shù)進(jìn)行全基因組測(cè)序。所獲得的紫云英基因組全長(zhǎng)595 Mb，重疊群（Contig N50）為1.41 Mb，基因組骨架（Scaffold N50）為78.42 Mb；有575 Mb基因組序列被定位到8條染色體上，掛載率高達(dá)96.66%。

 

　　研究發(fā)現(xiàn)，紫云英基因組中含有59.84%的重復(fù)序列，其長(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。

 

　　在進(jìn)化過程中，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)資源庫綠肥分庫等項(xiàng)目的支持。

 

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2021.100263