近日，廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院、廣西甘蔗生物育種實(shí)驗(yàn)室、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張積森教授團(tuán)隊(duì)牽頭，聯(lián)合福建農(nóng)林大學(xué)等單位在《Science》期刊上發(fā)表題為“Multiscale pangenome graphs empower the genomic dissection of mixed-ploidy sugarcane species”的研究成果。該研究以廣西大學(xué)為第一通訊單位和共同第一作者單位，共同第一作者均為張積森團(tuán)隊(duì)成員，分別為福建農(nóng)林大學(xué)博士黃育敏、廣西大學(xué)研究助理張以星和廣西大學(xué)教授張清。張積森為第一通訊作者，福建農(nóng)林大學(xué)教授唐海寶為共同通訊作者。

該研究首次提出并實(shí)現(xiàn)了多倍體感知的多尺度（基因組—基因—蛋白）圖形泛基因組（graph pangenome）分析框架，為復(fù)雜多倍體作物的遺傳解析與分子育種提供了關(guān)鍵技術(shù)突破，具有重要的科學(xué)意義和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值，標(biāo)志著我國(guó)在甘蔗圖泛基因組與多倍體遺傳解析領(lǐng)域取得重大突破。

甘蔗復(fù)雜多倍體圖泛基因組策略提升育種關(guān)鍵基因挖掘

研究團(tuán)隊(duì)在前期成功構(gòu)建現(xiàn)代栽培甘蔗超復(fù)雜基因組以及甘蔗近緣種滇蔗茅無(wú)缺口高質(zhì)量基因組的基礎(chǔ)上，突破傳統(tǒng)單一參考基因組分析范式，創(chuàng)新建立了多倍體感知的圖泛基因組分析體系，整合了4個(gè)甘蔗物種的9套基因組，捕獲約82%的遺傳多樣性，顯著高于單一參考基因組約34%的覆蓋水平。這一策略帶來(lái)的改變，并不僅限于數(shù)據(jù)覆蓋率的提升，更為跨種群、跨倍性的基因組學(xué)解析建立了統(tǒng)一而無(wú)偏的分析框架。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出DosageGWAS方法，作為解析多倍體中劑量效應(yīng)的新策略，與傳統(tǒng)線性方法相比，在遺傳力估計(jì)與性狀位點(diǎn)檢出能力等方面均表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，成功定位多個(gè)與糖分、葉夾角性狀密切相關(guān)的候選基因，系統(tǒng)解析了糖分代謝等重要農(nóng)藝性狀的遺傳基礎(chǔ)。高粱族跨物種比較揭示了甘蔗與高粱在碳水化合物代謝與激素響應(yīng)通路上的趨同選擇現(xiàn)象。通過(guò)CRISPR功能驗(yàn)證，明確TB1為甘蔗分蘗的關(guān)鍵功能基因，高效敲除系表現(xiàn)出顯著更多分蘗、提前分蘗啟動(dòng)并伴隨產(chǎn)量提升。清晰展示了從“圖譜發(fā)現(xiàn)”到“功能驗(yàn)證”再到“育種靶點(diǎn)明確”的完整閉環(huán)。