陕西
甘蔗贡献了全球约80%和我国约90%的食糖产量，是世界上最为重要的糖料作物。然而，甘蔗基因组庞大、倍性复杂，导致难以准确解析其基因组，难以精准定位优异基因，难以清晰明确育种靶点，严重影响新品种的培育。R570是由法国科学家选育的高产高糖且适应性广的甘蔗品种，是全球首个完成染色体级别基因组组装的现代栽培种，也是甘蔗基因组学和遗传育种研究的“模式材料”。R570参考基因组于2024年3月在《Nature》杂志上发布，然而受限于当时的技术方法，该版本基因组仍存在不少“盲区”，尤其是那些串联分布、高度重复的DNA片段，就像拼图中缺失的边角，难以被准确拼装。
近日，Journal of Genetics and Genomics在线发表中国热带农业科学院甘蔗研究中心阙友雄研究员团队与崖州湾国家实验室王海峰教授团队题为“Upgraded genome with ultra-long Nanopore reads facilitates resistance-gene discovery in sugarcane”的研究论文。该研究对甘蔗R570基因组进行了深度“优化升级”，新增了近10亿个碱基对的序列，并从中发掘出大量与抗病性相关的关键基因。
研究团队基于已发布的R570基因组为骨架，利用超长ONT测序数据(总量超200 Gb，N50达103 kb)，采用“以旧带新”的靶向升级策略，将新组装的序列精准嫁接至原有骨架末端并填充缺口，新增约9.6亿个碱基对序列，相当于补全了原基因组近五分之一的“未解之谜”。这些新增区域富含此前难以组装的重复序列，其中3号染色体贡献最多(108.95 Mb)。通过基因注释，新增序列中鉴定出39,192个新基因，功能富集分析显示其显著富集于生物胁迫响应和病原体防御等通路。更新升级后的基因组共注释6889个抗性相关基因模型，较旧版本在新增序列中多发现13.64%。结合RNA-seq数据和共表达网络分析，研究团队锁定195个黑穗病候选抗性基因，其中34个位于新增序列，4个代表性基因R570_update0012434, R570_update00227979, SoffiXsponR570.05Ag079200, SoffiXsponR570.04Dg033200在抗感品种间表达存在显著差异。
甘蔗栽培种R570基因组的优化升级
综上所述，该研究通过基因组靶向升级，有效挖掘了此前隐匿于复杂重复区域的抗病基因资源，为甘蔗抗病分子育种和种质创新提供了更完整的基因组支撑与候选靶标。
作者简介
热带作物生物育种全国重点实验室/中国热科院生物所吴期滨研究员、崖州湾国家实验室张超博士、王戈博士和中国热科院生物所/福建农林大学邹文会博士为论文共同第一作者。中国热科院甘蔗研究中心主任/热带作物生物育种全国重点实验室/中国热科院生物所阙友雄研究员和崖州湾国家实验室王海峰教授为共同通讯作者。该研究获得了国家热带农业科学中心科技创新团队、广西科技重大专项、热带作物生物育种全国重点实验室科研专项及国家糖料产业技术体系等项目的联合资助。
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