福建農(nóng)林大學(xué)在全世界首次破譯菠蘿基因組(圖)

11月2日，國(guó)際學(xué)術(shù)權(quán)威刊物《自然 遺傳學(xué)》（Nature Genetics）在線發(fā)表了福建農(nóng)林大學(xué)基因組與生物技術(shù)研究中心明瑞光教授團(tuán)隊(duì)的研究論文“菠蘿基因組與景天酸代謝光合作用的演化（The pineapple genome and the evolution of CAM photosynthesis）”，福建農(nóng)林大學(xué)為該論文的第一作者單位和第一通訊作者單位。該研究在全世界首次破譯菠蘿基因組，標(biāo)志著農(nóng)大在菠蘿基因組和景天酸代謝光合作用研究方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

【背景資料】

該研究由福建農(nóng)林大學(xué)牽頭，聯(lián)合臺(tái)灣大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、美國(guó)依利諾依大學(xué)香檳校區(qū)等17個(gè)研究機(jī)構(gòu)共同完成。菠蘿使用一種獨(dú)特的光合作用途徑，稱為“景天酸代謝”(CAM)，是一種利用晝夜節(jié)律的碳固定方法。該項(xiàng)研究在全世界首次鑒定出菠蘿基因組中所有參與景天酸代謝途徑的基因，首次闡明了景天酸光合作用基因是通過(guò)改變調(diào)控序列演化而來(lái)，并且受晝夜節(jié)律基因的調(diào)控，是光合作用功能演化研究的重大突破，首次證明了轉(zhuǎn)座子是造成菠蘿基因組不穩(wěn)定的主要因素，而且還首次證明了菠蘿基因組可作為所有單子葉植物的參考基因組。該研究成果對(duì)包括禾本科糧食作物在內(nèi)的大量單子葉植物的功能研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的參考意義，對(duì)全球菠蘿的遺傳改良具有里程碑貢獻(xiàn)，對(duì)我國(guó)乃至全球農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)研究具有重要意義。

菠蘿是全球僅次于香蕉的最主要熱帶水果，有85個(gè)國(guó)家生產(chǎn)，種植面積100多萬(wàn)公頃，新鮮菠蘿的年產(chǎn)值達(dá)86億美元。閩臺(tái)地區(qū)是我國(guó)熱帶水果產(chǎn)區(qū)，福建省閩南地區(qū)是全國(guó)菠蘿的重要產(chǎn)區(qū)，菠蘿也是閩臺(tái)農(nóng)業(yè)示范園的主產(chǎn)水果，被稱為“小金磚”的臺(tái)灣鳳梨酥就是由菠蘿生產(chǎn)而得，產(chǎn)值超過(guò)260億新臺(tái)幣。由于受自交不親和與高雜合度的限制，菠蘿品種很難改良，產(chǎn)業(yè)發(fā)展極其緩慢。本研究成果為改善許多重要的菠蘿性狀提供了有價(jià)值的遺傳資源，將極大促進(jìn)菠蘿品種改良和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)臺(tái)灣該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也具有重要意義，將產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

該研究成果系我國(guó)鮮有以高校自主基因組平臺(tái)發(fā)布的高水平研究成果。該研究成果的發(fā)布，也是福建農(nóng)林大學(xué)基因組研究在國(guó)際領(lǐng)域的又一重大突破?；蚪M與生物技術(shù)研究中心是福建農(nóng)林大學(xué)海峽聯(lián)合研究院四大高水平科技創(chuàng)新平臺(tái)之一，近年來(lái)，海峽聯(lián)合研究的廣大教師和科研人員紛紛發(fā)表高水平研究論文，科技創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，這是福建農(nóng)林大學(xué)大力實(shí)施人才強(qiáng)校戰(zhàn)略的結(jié)果，也是農(nóng)大全面推進(jìn)高水平大學(xué)建設(shè)，創(chuàng)新能力不斷增強(qiáng)、內(nèi)涵質(zhì)量持續(xù)提升的重要體現(xiàn)。

參與該研究項(xiàng)目的還有農(nóng)大生物技術(shù)研究中心的唐海寶（共同第一作者）、張積森、黃鯉嫻、張令茂、繆文靜、張健、葉章堯、林志聰、秦源、王凱、陳立余等研究人員，以及苗晨勇、廖振陽(yáng)、方靜平、劉娟、張曉丹、張清、胡偉長(zhǎng)等研究生。

據(jù)悉，《自然 遺傳學(xué)》是英國(guó)《自然》系列雜志之一，發(fā)表國(guó)際遺傳學(xué)研究的最新發(fā)現(xiàn)和重大成果，是全世界最頂級(jí)權(quán)威學(xué)術(shù)刊物之一，影響因子為29.352。

Figure1. Twenty-five pineapple chromosomes organized into pairs of pairs following two whole genome duplication (WGD) events.（菠蘿25條染色體的兩次全基因組復(fù)制的圖示）

Figure2. Evolution of the CAM pathway in pineapple.（菠蘿景天酸途徑的演化）