2022年5月4日，浙江大學(xué)作物科學(xué)研究所張國平教授團隊與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)吳德志教授等合作在Plant Communications上在線發(fā)表了題為The genome and gene editing system of sea barleygrass provide a novel platform for cereal domestication and stress tolerance studies的研究論文（https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100333）解析了小麥族鹽生植物海大麥的參考基因組和耐鹽機制，并構(gòu)建了該物種的高效基因編輯體系。

 

　　小麥族是禾本科重要的糧食作物來源，包括小麥、大麥和黑麥等麥類作物，全球年產(chǎn)量高達9億噸，占總谷物產(chǎn)量的30%。海大麥 （Hordeum marinum Huds., 2n = 2x = 14, XaXa） 是大、小麥的野生近緣種，屬于鹽生植物，具有耐鹽、耐漬等優(yōu)異特性，且與普通小麥有一定的可交配性，可為作物抗逆遺傳改良提供優(yōu)異基因資源。目前，由于缺乏基因組信息及有效的遺傳轉(zhuǎn)化體系，海大麥的相關(guān)研究及其育種利用進展緩慢。

 

　　浙江大學(xué)張國平教授團隊聯(lián)合湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)、諾禾致源生物科技公司等單位歷時五年完成了海大麥參考基因組組裝及高效基因編輯體系構(gòu)建。利用PacBio SMRT、Illumina PE、10×Genomics和Hi-C技術(shù)組裝了一個3,816 Mb的染色體水平基因組，Contig和Super-scaffold N50值分別為6.83 Mb和524.47 Mb，96.8% （3.69 Gb） 的序列被定位到7條染色體上。在全基因組序列中注釋得到41,405個高置信度基因，BUSCO完整性指數(shù)為98.4%； LTR組裝指數(shù)（LAI）為12.7，屬于參考基因組級別（圖1）。

 

　　在組裝基因組的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了海大麥的高效轉(zhuǎn)化體系和基因編輯體系，遺傳轉(zhuǎn)化效率為28.7%；將HmSOS1的特異靶位點克隆至pUB-Cas9-TaU6-sgRNA載體利用上述體系進行轉(zhuǎn)化，兩次獨立試驗的轉(zhuǎn)基因幼苗的靶點突變效率均為100%；海大麥sos1突變體表現(xiàn)鹽敏感表型，其根部對Na+的吸收量顯著高于野生型，揭示了HmSOS1基因調(diào)控海大麥耐鹽性的重要作用（圖2）。海大麥參考基因組信息和高效基因編輯體系對小麥族作物抗逆機制與育種改良研究均具有重要參考價值。

 

　　本研究由浙江大學(xué)、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)和諾禾致源生物科技公司等多家單位協(xié)作完成。浙江大學(xué)作物科學(xué)研究所鄺劉輝博士生、沈秋芳副研究員、葉玲珍副研究員和諾禾致源公司陳力楊為該論文共同第一作者，浙江大學(xué)張國平教授和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)吳德志教授為共同通訊作者，西悉尼大學(xué)陳仲華教授和英國James Hutton研究所Robbie Waugh教授等也參與了該研究工作。研究受國家重點研發(fā)計劃項目（2018YFD1000704）、國家自然科學(xué)基金（32071934）和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等項目資助。目前，海大麥基因組序列已上傳至國家基因組科學(xué)數(shù)據(jù)中心（NGDC，PRJCA009391），歡迎廣大同行下載使用。

 

　　文章鏈接：https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462（22）00083-9