中國科學家發現新的耐鹽基因，助力大豆育種改良

2014年7月10日，來自香港中文大學、深圳華大基因研究院等單位的科研人員聯合完成了野生大豆W05的全基因組測序工作，并通過對野生大豆重要農業性狀關聯基因進行研究，進而發現了新的耐鹽基因。該研究成果為揭示野生大豆的遺傳信息，加速大豆種質資源改良，推動農業育種進程奠定了重要的遺傳學基礎。最新研究成果于《Nature Communications》雜志在線發表。

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大約6000至9000年前，我國就開始進行野生大豆的馴化。但是在馴化過程中，大豆的栽培種丟失了很多與環境適應相關的重要基因，因此栽培大豆具有的遺傳多樣性比野生大豆低很多。然而這種缺失的遺傳多樣性可以通過育種的方法進行改良，也就是說可以將野生大豆中能夠適應某一特定環境的基因重新引入到栽培大豆中。這種將野生種優良性狀基因轉入到栽培種從而加速作物改良的策略已經在水稻、玉米、小麥等育種研究中獲得成功。

在本研究中，科研人員對野生大豆進行了全基因組測序, 組裝得到大約868Mb的基因組序列，并利用一種新穎且有效的研究策略來挖掘野生大豆基因組遺傳信息。結合全基因組測序方法和野生大豆基因組de novo序列，他們構建了基于測序的基因分型遺傳圖譜，并利用之前獲得的大豆種質資源的重測序數據，發現了新的耐鹽基因——GmCHX1。 GmCHX1是離子轉運基因，在鹽脅迫條件下，該基因負責維持較低的鈉離子與鉀離子比率，以增強大豆的耐鹽性。

鹽化作用對于農業的產量構成了嚴重的威脅，它影響全球20%灌溉地作物的收成。在鹽脅迫條件下，野生大豆表現出很高的耐受性，因此對于提高大豆的耐鹽性改良而言，野生大豆擁有非常好的遺傳資源。當大豆植物處于氯化鈉環境中，相對于栽培大豆而言，野生大豆葉子中鈉離子、鈉離子與鉀離子的比率顯著偏低，這表明離子轉運體在耐鹽性方面發揮了重要的作用。研究人員通過比對野生種大豆和栽培種大豆的基因組序列，發現對鹽比較敏感的栽培大豆的離子轉運基因GmCHX1中嵌入了逆轉錄轉座子，而耐鹽性的野生大豆保留了完整的GmCHX1序列。

研究人員還發現擁有完整GmCHX1基因序列是大豆祖先共有的特征，敏感性的后代積累了不同類型的基因突變如編碼區域的重復序列插入或者啟動子區的堿基突變。這些變異導致GmCHX1功能異常或者低表達。對于鹽敏感性大豆，GmCHX1基因的缺失是在無壓力環境中抗逆基因負選擇的一個典型的例子。

華大基因該項目負責人謝敏表示，“在這項研究中，我們結合野生大豆W05的基因組序列，高密度的QTL圖，比較基因組學分析以及功能學實驗，首次發現了基因GmCHX1與野生大豆耐鹽性相關。這僅僅只是一個開始，野生大豆W05基因組序列的發布，將助利其他大豆研究者解析野生大豆的優良性狀，并為育種專家的品種改良實驗提供寶貴的資源。”