米兰官网-高精度完整基因组助橡胶育种驶入“快车道”—新闻—科学网

橡胶树是自然橡胶的重要来历。“橡胶树育种面对的重要坚苦于在周期长及效率低，经由过程通例育种要领将多抗、高产性状聚合往往需要30~40年。”中国热带农业科学院橡胶研究所研究员程汉告诉《中国科学报》。

然而，今朝已经发表的橡胶树基因组序列均存于未举行单倍型解析、序列缺掉不持续、着丝粒及端粒序列未举行准确组装等问题，极年夜限定了生物育种技能于橡胶树育种中的运用。

近日，程汉团队于《天然—通信》上发表研究论文，初次对于橡胶树品种热研7-33-97举行端粒到端粒（T2T）基因组组装，提出了橡胶树开割早期产量快速晋升的可能机制，为橡胶树生物育种及份子生物学研究提供了理论基础。

难上加难：高产+高抗

跟着社会经济成长，我国自然橡胶消费量连续增加。论文通信作者程汉先容，我国莳植橡胶树的地域（简称植胶区）位在热带北缘，面积有限。加之寒潮、台风气候频发，今朝天下自然橡胶自给率仅约13%，对于外依存较高，特别是满意高端运用范畴（如航空轮胎、高铁减震等）的自然橡胶全数依靠入口。

“橡胶育种面对的重要坚苦于在周期长及效率低。同时，我国植胶区橡胶树易受白粉病、炭疽病等病害及极度气候等侵袭，再加之对于高机能胶的需求，假如将上述性状全数聚合就酿成难上加难的使命。”程汉说，冲破的要害于在，一方面，鼎力大举成长生物育种技能，经由过程导入抗病基因、采用份子标志辅助育种、全基因组选择育种等手腕晋升高产与品质性状的选择精度，年夜幅缩短育种周期；另外一方面，增强优秀种质资源汇集及挖掘，为培育优质多抗高产物种提供质料来历。

然罢了发表橡胶树基因组精度没法满意以上育种需求。论文配合通信作者、中国热科院热带作物生物育种天下重点试验室研究员周永锋注释说，其持续性仅为这次完成的端粒到端粒基因组图谱的1/75。基因组上存于年夜量间隙，同时要害区域（端粒及着丝粒）未被解析，难以正确解释繁杂基因家族或者长片断布局变异。

因为此前已经发表基因组是嵌合体，即两个单倍型的混淆，没法区三木SEO-别两个单倍型间的差异，限定了对于等位基因表达及布局变异的研究，可能纰漏基因组差异对于橡胶性状的影响。

周永锋注释，基因组的单倍型解析是指于基因组组装或者阐发时，未来自父本及母本的染色体序列别离辨认、组装及解释，而不是把它们混淆组装成一个嵌合基因组。橡胶树是2倍体植物，包罗2个单倍型，别离来自怙恃两边的染色体组，2个单倍型之间存于遗传差异。

“准确组装橡胶树的单倍型基因组，能展现及区别两个单倍型间的等位基因表达差异，发明一对于染色体之间的布局变异，从而提高育种精准性。”周永锋说。

此外，基因组上的缺掉（即未组装的序列或者间隙）会致使基因组信息不完备。而这些缺掉区域可能包罗与产量、抗病性或者情况顺应性相干的要害基因或者调控元件。“假如参考基因组中的这些区域未被组装出来，研究者可能没法正确鉴定相干基因，影响对于作物主要性状的研究。”周永锋说。

橡胶树是高度杂合的二倍体，两个单倍型间存于年夜量变异；其基因组较年夜，含有繁杂布局变异，此中80%以上为反复序列，组装难度年夜；特别是端粒及着丝粒区域富含反复序列，传统测序技能难以解析。程汉告诉《中国科学报》，这也是此前橡胶树基因组一直没有做到高精度端粒到端粒水准的重要缘故原由。

橡胶出产暗地里的基因暗码

这一次，他们采用了多种进步前辈的测序技能来霸占橡胶树单倍型完备基因组。终极组装完成的橡胶树单倍型端粒到端粒基因组，包罗2个无间隙的单倍型，每一个巨细为1.56 Gb，总体完备性为97.5%，确定了着丝粒区域，鉴定了端粒，基因组质量较高。

“不管从完备性、分辩率还有是撑持更切确的基因功效阐发及育种运用性上来讲，最新的参考基因组都优在此前发表的参考基因组。”程汉说，他们的研究证实，橡胶树同源染色体之间简直存于年夜布局变异，此中一些变异可能于橡胶树进化历程中具备怪异的遗传作用。

为了鉴定与橡胶出产相干的基因的直系同源群，除了了橡胶树以外，他们还有网络了8个物种，即拟南芥、杜仲、木薯、水稻、毛果杨、蓖麻、橡胶草及葡萄的基因组。程汉注释到，这些物种涵盖单子叶植物（水稻）、双子叶植物（拟南芥、毛果杨、葡萄），以和年夜戟科（木薯、蓖麻）等差别进化分支的植物，是为了确保广泛的体系发育笼罩。此外，这些物种已经发表高质量基因组，可以获得更正确的研究结论。

论文配合第一作者、热带作物生物育种天下重点试验室助理研究员李超超先容，经由过程对于这些基因组的比力，他们共分类了27311个直系同源群，占所有基因的89.7%。与低产野生橡胶基因组比拟，栽培橡胶树显示出1297个扩张的直系同源群及662个紧缩的直系同源群。

“扩张的基因家族介入创伤反映、萜烯生物合成、碳氢化合物代谢、茉莉酸相应及脂质代谢。这些基因家族的扩张可能与橡胶产量有关，由于乳胶是于植物受伤后孕育发生的，需要从蔗糖合成萜烯来增补。而紧缩基因族群重要富集于苯甲酸代谢历程、毒素分化代谢历程、活性氧相应及硫化合物代谢，这类基因型可能经由过程下调防备相干路子来优化乳胶生物合成的资源分配。”李超超注释说。

橡胶是年夜戟科橡胶属植物，年夜戟科包罗橡胶树以和其他具备产胶能力的物种（如产胶木薯）。“比力这些物种可展现橡胶生物合成基因的进化纪律。”周永锋说，他们的研究方针是找到橡胶生物合成基因的扩张及功效差异，而年夜戟科物种与橡胶树亲缘瓜葛近，合适用来研究橡胶生物合成基因的变异。

为了进一步研究年夜戟科中橡胶生物合成基因的进化，他们又网络了7个年夜戟科植物的基因组，包括2个低产橡胶植物蓖麻及木薯、4个栽培橡胶树基因组及野生种。

论文配合第一作者、中国热科院橡胶所助理研究员袁渊先容，橡胶树的产胶能力与一些要害基因的“数目增长”及“活跃表达”紧密亲密相干。一方面，橡胶生物合成触及四类要害基因家族：MVA路子、MEP路子、肇始合成及橡胶延伸基因。经由过程比力发明，橡胶中橡胶延伸基因的数目显著多在蓖麻及木薯，其扩张极可能是橡胶树具备高产橡胶能力的缘故原由。

另外一方面，橡胶树中存于多个橡胶延伸基因（REF及SRPP），从而增长橡胶产量。此中，REF1及SRPP1基因的表达程度最高，特别是于割胶相应的要害阶段，体现出显著的引诱表达。只管REF二、REF3及REF4的表达程度低在REF1，但于乳胶中仍高表达。

“咱们推测，这些基因像‘工人’同样，加快橡胶份子合成，某些‘工人’效率更高，但多个‘工人’引起的剂量效应多是橡胶高产的缘故原由之一。”程汉说。

加快培育高产高抗橡胶树品种

于田间，胶农们经由过程割破树皮网络乳胶，初次开割的橡胶树，持续收割时，树的产胶能力会逐渐变强然后趋在平稳。这毕竟是甚么缘故原由酿成的？

“每一次割胶像给树挠痒痒，刺激乳管细胞更踊跃地出产橡胶，然后趋在平稳。咱们丈量了橡胶树从第1次到第10次割胶网络的乳胶中相干物资的含量，发明第7次时产量及合成活性到达岑岭。此中，茉莉酸起到了主要作用。”论文配合第一作者、中国热科院橡胶所研究员聂智毅说，割胶会让树孕育发生一种叫茉莉酸的旌旗灯号激素，它像“批示官”，能激活MYC2“开关”，启动甲羟戊酸（MVA）路子，而甲羟戊酸是一种有机酸，是独一鉴定出直接介入橡胶生物合成路子的差异堆集代谢物。甲羟戊酸路子中的要害基因MVK1，像“加快器”同样促成橡胶合成。此外，割胶后，乳管细胞中糖分削减，转化为橡胶前体物资，撑持更多橡胶出产。

“咱们重修了橡胶生物合成路子，并确认甲羟戊酸路子是乳胶再生历程中快速天生乳胶时的重要碳源。而茉莉酸经由过程加强对于机械毁伤的生物合成活性来促成橡胶产量，阐扬要害作用。这些发明为橡胶树基因组学和其对于采胶的份子反映提供了看法。”程汉说，将来可经由过程调控茉莉酸合成和其旌旗灯号路子基因表达来优化割胶技能，提高乳胶产量。

这项研究完成的端粒到端粒单倍型基因组将提供完备的橡胶树遗传信息，可精准定位与高产、抗逆相干的基因，加快培育高产高抗橡胶树品种，应答橡胶莳植区情况挑战，实现橡胶出产的可连续成长。

相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61527-1