根据《福建省科学技术奖励委员会办公室关于2022年度福建省科学技术奖提名工作的通知》(闽科奖办〔2022〕9 号)要求,我校主持完成的“花生基因组和重要性状基因研究”成果拟申报2022年度福建省科学技术奖,现将成果的相关信息予以公示(具体附后)。
公示期为2023年2月5日至2023年2月9日。任何单位或者个人对公示项目持有异议的,请以书面形式向科技处提出,并提供必要的证明文件。为便于核实、查证,确保实事求是、公正地处理异议,提出异议的单位或者个人应当表明真实身份,并提供联系方式。个人提出异议的,应当在书面异议材料上签署真实姓名;以单位名义提出异议的,应当加盖本单位公章。凡匿名异议和超出期限的异议不予受理。
联系方式:校纪委办(83789210)、校科技处(83789230)
科技处
2023年2月5日
1.项目名称:花生基因组和重要性状基因研究
2.提名奖种:福建省自然科学奖
3.提名单位:福建省教育厅
4.项目简介:
花生是世界重要油料作物和第二个大植物蛋白来源,我国是世界花生生产和消费第一大国,产量占世界花生总产42%。但栽培种花生复杂的四倍体基因组长期以来限制着花生学科发展,影响花生遗传改良和产业发展。针对这个科技瓶颈,我们开展了从基因组组装、破译、核型进化、性状基因演变、物种起源和重要农艺性状遗传解析及基因功能鉴定的系统深入研究,取得了重大突破性成果。
在国际上率先完成并公布了栽培种花生全基因组测序组装和精细结构框架。基因组总长2.54Gb、ContigN50达1.51Mb,含20条染色体和83709个蛋白编码基因模型,并精确到30596无冗余等位基因水平。研究发现四倍化后花生B亚基因组保留更多的基因,A、B亚基因组之间同源等位基因普遍存在显性表达分化,B亚基因组拥有更多的显性基因。为准确研究基因功能、表达、剂量效应和遗传模式奠定坚实基础。
首次全面揭示了花生及其它豆科主要类群的染色体起源、核型进化和栽培花生基因组结构变异。研究发现四倍化后A亚基因组的LTR发生了大量扩增,重塑了A亚基因组染色体,导致染色体结构变异和基因显性表达,而B基因组结构较稳定。系统深入
比较了花生与其它豆科物种等的基因组,揭示了花生与其它豆科物种染色体起源、核型演化,重构了花生及豆科主要类群染色体数量和结构变化复杂历程,发现花生核型是直接从豆科祖先染色体独立演变产生;为解释花生物种特有的生物学性状演化提供了遗传依据。
栽培花生四倍化后种子大小、抗病性、产油量等发生了极大变化,本项目从基因组角度揭示了栽培花生基因家族含量变化,解析了种子大小、抗病性、油脂代谢和特殊固氮特性形成的基因数量变化及序列演化。
基于基因组系统深入提示了栽培种花生的物种起源、演化和栽培驯化,证明已测序的野生种A.duranensis不是栽培种花生A亚基因供体,栽培种花生起源于42万年前,其两个亚种和各变种是独立演变和驯化形成的,提出了全新的花生演化学说,并揭示了现代花生育成品种的基因组结构特征,这将为花生遗传改良提供理论指导。
花生育种的主要目标是高产、优质、抗逆,通过基因组本研究首次实现了对重要农艺性状基因精细定位获得了花生种子大小、种皮颜色的决定基因、花生抗晚斑病和锈病的R基因簇及易位到B03染色体、花生抗黄曲霉QTL及候选基因,通过基因组也证实诱变产生双基因隐性突变高油酸新材料;基于基因组也鉴定了花生抗青枯病AhRRS5、AhRLK1基因的调控功能,揭示了花生受钙胁迫的RNA和miRNA表达调控网络,初步揭示了低钙致胚败育的分子机制。因此,本成果在应用基因组资源和技术解决花生重要科学问题实践上也取得了重大突破和示范作用。
本成果对花生的基础和应用研究将起巨大的推动作用,使花生全基因组选择育种、精准育种和大规模基因组编辑成为可能,可大大提高花生遗传改良效率,培育更高产、优质、抗病、安全新品种。花生基因组也可用于研究双子叶植物及豆科物种起源、演化和物种多样性。研究成果有重大的科学意义和社会效益。
本项目五篇代表作被478篇文献引用,其中著作24部,总引用点数为3434次;被6次国际会议报道,先后被国内外18家媒体集中报道。基因组论文2022年被列入全球百篇高影响力论文,极大促进了国际花生科学研究和产业发展,使近年的花生科学研究步入了快车道,产生了重大的国际国内影响。奠定了我国在花生基础生物学研究的国际领先地位。
5.主要完成单位:福建农林大学
6. 主要完成人及其贡献:
庄伟建,排名1,职称,教授; 工作单位:福建农林大学,完成单位:福建农林大学;
陈华,排名2,职称,副研究员,工作单位:福建农林大学,完成单位:福建农林大学;
张冲,排名3,职称,讲师,工作单位:福建农林大学,完成单位:福建农林大学;
庄宇慧,排名4,职称,副教授,工作单位:福建农林大学,完成单位:福建农林大学;
蔡铁城,排名5,职称,讲师,工作单位:福建农林大学,完成单位:福建农林大学;
杨强,排名6,职称,助理研究员,工作单位:福建农林大学,完成单位:福建农林大学;
7.代表性论文专著目录:
(1)The genome of cultivated peanut provides insight into legume karyotypes, polyploid evolution and crop domestication. Nature Genetics, 2019, 51(5), 865-876. Zhuang W*, Chen H*, Yang M, Wang J, Pandey MK, Zhang Chong*, Chang WC, Zhang L, Zhang X, Tang R, Garg V, Wang X, Tang H, Chow CN, Wang J, Deng Y, Wang D, Khan AW, Yang Q*, Cai T*, Bajaj P, Wu K, Guo B, Zhang X, Li J, Liang F, Hu J, Liao B, Liu S, Chitikineni A, Yan H, Zheng Y, Shan S, Liu Q, Xie D, Wang Z, Khan SA, Ali N, Zhao C, Li X, Luo Z, Zhang S, Zhuang R, Peng Z, Wang S, Mamadou G, Zhuang Y*, Zhao Z, Yu W, Xiong F, Quan W, Yuan M, Li Y, Zou H, Xia H, Zha L, Fan J, Yu J, Xie W, Yuan J, Chen K, Zhao S, Chu W, Chen Y, Sun P, Meng F, Zhuo T, Zhao Y, Li C, He G, Zhao Y, Wang C, Kavikishor PB, Pan RL, Paterson AH, Wang X, Ming R, Varshney RK.
(2)Reply to: Evaluating two different models of peanut's origin. Nature Genetics, 2020, 52(6), 560-563. Zhuang W*, Wang X, Paterson AH, Chen H*, Meng Y, Zhang C*, Sun P, Zheng Y, Wang L, Xie W, Chu W, Fu H, Varshney RK.
(3)Overexpression of a novel peanut NBS-LRR gene AhRRS5 enhances disease resistance to Ralstonia solanacearum in tobacco. Plant Biotechnology Journal, 2017,15(1):39-55. Zhang C*, Chen H*, Cai T*, Deng Y, Zhuang R, Zhang N, Zeng Y, Zheng Y, Tang R, Pan R, Zhuang W*.
(4)High-density SNP map facilitates fine mapping of QTLs and candidate genes discovery for Aspergillus flavus resistance in peanut (Arachis hypogaea). Theory and Applied Genetics, 2020,133,2239–2257. Khan SA, Chen H*, Deng Y, Chen Y, Zhang C*, Cai T*, Ali N, Mamadou G, Xie D, Guo B, Varshney RK, Zhuang W*.
(5)Genetic diversity in cultivated groundnut based on SSR markers. Journal of Genetics and Genomics, 2007, 34 (5):449-459. Tang R, Gao G, He L, Han Z, Shan S, Zhong R, Zhou C, Jiang J, Li Y, Zhuang W*.
其他论文:
(1)Identification of Key Gene Networks and Deciphering Transcriptional Regulators Associated With Peanut Embryo Abortion Mediated by Calcium Deficiency. Frontiers in Plant Science, 2022, 13:814015. Chen H*, Yang Q*, Fu H, Chen K, Zhao S, Zhang C*, Cai T*, Wang L, Lu W, Dang H, Gao M, Li H, Yuan X, Varshney RK and Zhuang W*
(2)Overexpression of the peanut CLAVATA1-like leucine-rich repeat receptor-like kinase AhRLK1, confers increased resistance to bacterial wilt in tobacco. DOI 10.3389/fpls.2022.1048168. Journal of Experiment Botany, Zhang C*, Chen H*, Zhuang RR, Chen YT, Deng Y, Cai TC*, Wang S-Y, Liu Q-Z, Tang R, Shan SH, Pan RL, Chen LS and Zhuang W*.
(3)Whole genome resequencing identifies candidate genes and allelic diagnostic markers for resistance to Ralstonia solanacearum infection in cultivated peanut (Arachis hypogaea L.). Frontiers in Plant Science, 2022, DOI 10.3389/fpls.2022.1048168. Zhang C*, Xie W, Fu H, Chen Y, Chen H*, Cai T*, Yang Q*, Zhuang Y*, Zhong X, Chen K, Gao M, Liu F, Wan Y, Pandey MK, Varshney RK, Zhuang W*.
(4)Molecular cloning and functional characterization of the promoter of a novel Aspergillus flavus inducible gene (AhOMT1) from peanut. Frontiers in Plant Science, doi: 10.3389/fpls.2023.1102181. Zhuang Y*, Sharif Y, Zeng X, Chen S, Chen*, Zhuang C*, Deng Y, Ruan M, Shuanglong Chen, Zhuang W*.
(5)Integrated microRNA and transcriptome profiling reveals a miRNA-mediated regulatory network of embryo abortion under calcium deficiency in peanut (Arachis hypogaea). BMC Genomics, 2019, 20(1):392. Chen H*, Yang Q*, Chen K, Zhao S, Zhang C*, Pan R, Cai T*, Deng Y, Wang X, Chen Y, Chu W, Xie W, Zhuang W*.