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国自然热点|园艺领域|思路解读：多组学助力美丽园艺新篇章

来源：花匠小妙招时间：2024-10-24 02:38

园艺作物种类繁多，通常包括果树、蔬菜、各种观赏植物、香料植物及药用植物等。随着高通量测序技术的蓬勃发展，基因组学、转录组学、表观遗传组学、蛋白组学和代谢组学的测序手段和分析方法持续优化迭代，多种组学测序技术的搭配使用为加大园艺种质资源的精准鉴定和深度挖掘提供强效助力。

图1：园艺作物示意图

多组学在园艺领域资源普查中的应用

结合已发表多组学文章，小派为大家整理了园艺领域的主要研究方向：

1.种质资源普查与研究：启动农业种质资源精准鉴定评价，推进优异种质资源创制与应用，构建种质资源DNA分子指纹图谱库、特征库和农业种质资源数据库，对于品种鉴定与知识产权保护、品种纯度和真实性检测、品种亲源关系和分类研究具有重要意义。

2.物种起源与驯化机制研究：物种的起源与驯化过程涉及复杂的遗传、生态和适应性变化。通过对园艺作物进行多组学测序可以有助于了解园艺作物的物种起源、驯化机制、适应性进化和家系划分，为园艺作物的育种和遗传改良提供扎实基础。

3.逆境响应机制研究：由于固着生长的特性，植物对逆境胁迫和病虫害及时有效地响应是其存活的前提。通过对园艺作物进行多组学测序和分析，挖掘其在逆境胁迫下发生的特异基因表达、特定蛋白和代谢物的变化、特定表观修饰的发生来研究其逆境应答机制和适应策略，有助于培育具有优良抗逆性的园艺作物新品种，提高其在逆境条件下的生存能力和产量。

4.品质形成与调控研究：优异的种质是园艺作物色泽、风味物质、功能性物质形成的基础。通过对园艺作物多组学测序挖掘品质形成途径关键基因、分子标记和调控因子，并辅以RNAi、过表达、RT-qPCR等手段做进一步验证，探讨高品质性状形成的农艺措施和作用机制，为改良园艺作物品质提供靶点和策略。

园艺作物资源普查相关国自然资助情况

小派整理了一些往年国自然中标项目情况（表1）。2023年国自然生命科学部设立的重点项目立项领域在园艺学与植物营养学方向为“园艺作物生长发育与品质形成机理及调控（C15）”和“作物-土壤-生物互作与养分资源高效利用机制及调控（C15）”，2024年则调整为“园艺作物重要农艺性状形成机制与调控（C15）”和“养分资源高效利用机制与调控（C15）”。综合来看，利用多组学探究重要农业性状等品质形成与调控的机制已成为园艺领域重点。

表1：园艺作物资源普查相关国自然部分中标项目

多组学在园艺领域资源普查中的应用文章

案例一

种质资源普查与研究

文章标题：Construction of an SNP fingerprinting database and population genetic analysis of 329 cauliflower cultivars

期刊名：BMC Plant Biology

影响因子：5.3

结论：本研究整合了全基因组重测序数据和KASP技术，并对在公开市场上收集的329个花椰菜品种群体构建了一个指纹数据库。41个SNP形成了核心标记集，并用于构建329个花椰菜种质资源的SNP指纹。这329个花椰菜品种可以被分为3个类群，其分类模式与地理来源和花球紧实度一致，这也证明了本研究中SNP标记的可靠性和准确性，以及DNA指纹技术的实用价值。它们将能够弥补当前商业市场上花椰菜品种真实性和纯度鉴定方面的空白。

分析技术路线及结果展示

案例二

品种起源与驯化

文章标题：Phased diploid genome assemblies and pan-genomes provide insights into the genetic history of apple domestication

期刊名：Nature Genetics

影响因子：30.8

结论：本研究通过三代基因组测序手段对栽培苹果 (Malus domestica cv. Gala)和两个主要的祖先种野生苹果(M. sieversii和M. sylvestris)进行基因组测序和组装，并对91个苹果种质进一步做泛基因组研究，苹果泛基因组的构建和分析揭示了数以千计的新基因，并发现在栽培苹果中固定下来的基因，揭示了新基因/等位基因的渗入是苹果通过杂交驯化的一个标志。该研究全面系统地解析了苹果的起源、驯化历程和遗传学基础，为果实风味、口感、产量等多种品质性状和改良提供了重要依据。

分析技术路线及结果展示

案例三

逆境响应机制研究

文章标题：Duality of immune recognition by tomato and virulence activity of the Ralstonia solanacearum exo-polygalacturonase PehC

期刊名：Plant Cell

影响因子：11.6

结论：本研究报道了一种来自青枯菌的多聚半乳糖醛酸酶外切酶(exo-PG) PehC可以激活番茄根系的早期免疫反应。PehC的识别特异性发生在番茄根部，并依赖于未知的类受体激酶型受体。PehC可以水解植物果胶衍生的低聚半乳糖醛酸(OGs)，这是一种损伤相关分子模式(DAMP)，释放半乳糖醛酸(GalA)，从而抑制DAMP触发的免疫(DTI)。同时，产生的GalA在青枯菌侵染早期可以作为碳源被利用，从而促进其在木质部的定殖和生长。

分析技术路线及结果展示

案例四

品质形成与调控研究

文章标题：Genome- and transcriptome-wide association studies provide insights into the genetic basis of natural variation of seed oil content in Brassica napus

期刊名：Molecular Plant

影响因子：27.5

结论：本研究通过对甘蓝型油菜3个育种区的QTL进行精确定位，分析了油菜SOC的遗传结构。确定了与种子含油量相关的基因模块，并预测了数百个与种子含油量显著相关的基因。这些研究结果为甘蓝型油菜高SOC等位基因的聚合育种提供了有价值的信息。GWAS和TWAS鉴定出的油料相关基因位点和候选基因也将促进油料作物油料合成机理的研究。

分析技术路线及结果展示

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