五种非洲“被忽视作物”基因组草图：扩展粮食安全的遗传资源

为了实现全球粮食供应的多样化并增强营养安全，那些未被充分利用的作物——通常被称为“被忽视作物”（Orphan Crops）——提供了一条至关重要的途径。与小麦、水稻和玉米等主要主粮作物不同，这些物种尽管在经济、营养和环境方面具有重要意义，但在现代育种计划中很大程度上仍被忽视。在发表于《GigaScience》的最新研究中，我们发布了五种非洲被忽视作物的基因组组装草图，揭示了它们的遗传多样性及农业改良潜力。

主要发现

• 五种物种的基因组测序与组装： 我们成功对以下物种进行了测序和基因组组装：
  • Vigna subterranea（班巴拉豆）：一种富含蛋白质和碳水化合物的耐旱豆类。
  • Lablab purpureus（扁豆/鹊豆）：一种具有固氮能力的多用途豆类。
  • Faidherbia albida（白相思树）：一种适应干旱地区的固氮农林复合树种。
  • Sclerocarya birrea（马鲁拉树）：一种具有营养和药用价值的果树。
  • Moringa oleifera（辣木）：一种以叶片富含高蛋白和抗氧化成分著称的快速生长树种。
• 基因注释与功能见解： 基因注释为淀粉生物合成、转录因子进化和固氮途径提供了高分辨率的见解。
  • 班巴拉豆表现出扩张的淀粉代谢基因家族，这可能与其高抗性淀粉含量有关。
  • 白相思树展示了根瘤共生的独特适应性，促进了其固氮能力。
  • 比较基因组分析发现了涉及抗逆性、果实发育和代谢调节的基因家族，为育种改良提供了宝贵的靶点。
• 系统发育分析与进化分化： 利用单拷贝基因，我们构建了系统发育树，估算了这些被忽视作物与相关物种之间的进化分化时间。
  • 辣木大约在 6,500 万年前从番木瓜中分化出来，而白相思树则在 7,900 万年前与其他豆类分离。
  • 基因家族的扩张和收缩分析揭示了与环境弹性相关的适应性基因组特征。

研究感悟

这项研究是我们在 2015 年发起的“非洲被忽视作物基因组计划”的一部分，旨在系统地测序和分析在非洲农业和粮食安全中发挥关键作用的被忽视作物。该项目是与加州大学戴维斯分校（UC Davis）及非洲被忽视作物联盟（AOCC）合作开展的，样本由世界农林中心（ICRAF）提供。通过利用高通量测序技术，我们成功为五种关键作物组装了参考基因组，为未来的育种、保护和农业发展贡献了核心遗传见解。

展望未来，我们将继续致力于扩展代表性不足作物的基因组资源，通过基因组驱动的植物育种支持可持续农业并改善粮食安全。

研究全文可通过 GigaScience 在线访问。