花生基因组和重要性状基因研究

花生是世界上油食兼用大宗油料作物和第二个大植物蛋白来源，我国是世界花生生产大国，产量占世界花生总产约42%。因四倍体栽培种花生基因组大、结构复杂一直未能破译，影响花生学科发展和品种遗传改良。针对该科技瓶颈，我们开展了从基因组破译、核型进化、物种起源和重要性状遗传解析及基因功能的系统深入研究，取得重大突破性成果。   率先破译高质量栽培种花生全基因组精细结构框架。基因组总长2.54Gb、含20条染色体和83709个蛋白编码基因，精确至30596个无冗余基因；发现栽培种花生四倍化后B亚基因组保留和扩增更多基因，A、B亚基因组同源基因普遍存在显性表达现象，B亚基因组拥有更多显性基因，指出栽培花生生物性状调控基因多来源于祖先二倍体B基因组；研究揭示栽培花生种子变大、抗病性下降、高产油量演变及独特固氮特征，是基因组功能基因家族数量特异扩增、丢失或序列分化的结果，为揭示花生性状形成分子机制和农艺性状精准遗传改良奠定雄厚基础。   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演化。发现四倍化后A亚基因组结构发生显著变化，B亚基因组结构较稳定，是A亚基因组LTR在25万年前大规模扩增，重塑了A亚基因组染色体的结果，这是导致A、B亚基因组基因显性表达分化重要原因，并证明已测序野生种A.duranensis不是栽培花生A亚基因组供体。比较了豆科物种及葡萄基因组，重构了花生及豆科主要物种染色体数量和结构变化复杂历程，发现花生属核型是直接从豆科共同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变提供了遗传依据。   揭示了栽培种花生的物种起源、演化和栽培驯化。揭示栽培种花生起源于约40万年前种间天然杂交及四倍化，四倍体与二倍体近期仍有明显遗传交换，使物种演变复杂化；揭示栽培花生两个亚种和各变种是独立演变和人工驯化形成，提出了全新花生演化学说，并揭示了现代花生育成品种的基因组结构特征，为花生遗传改良提供理论指导。   首次深入遗传解析了花生高产、优质、抗逆重要农艺性状。基于基因组首次精细定位和鉴定花生种子大小决定基因SAP1功能，揭示源于野生花生抗晚斑病和锈病的R基因簇已易位到栽培花生B03染色体，首次精细定位获得抗黄曲霉QTL及候选基因和鉴定受黄曲霉特异诱导启动子功能，首次鉴定花生抗青枯病AhRRS5、AhRLK1基因功能及调控机制，揭示了花生低钙胁迫不育的RNA和miRNA表达调控网络。因此，应用基因组资源解决花生重大科学问题实践也取得突破和示范作用。   本项目五篇代表作被443篇文献引用，其中著作24部，总被引用3434次；先后被国内外多家媒体集中报道，基因组论文2021年被列入全球百篇高影响力论文；极大促进了国际花生学科发展和产业进步，引领了国际花生学科发展，奠定了我国在花生基础生物学研究的国际领先地位。