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                    客觀日本

                    日本公開全球500多種蘿卜的基因組信息

                    2020年04月06日 農林牧漁

                    要想加速蘿卜品種的開發,需要完善基因組信息。日本東北大學研究生院農學研究科2014年全球率先發布了蘿卜基因組堿基序列信息,為進一步增加基因組信息,此次東北大學又帶頭與千葉縣Kazusa DNA研究所和農業食品產業技術綜合研究機構(以下簡稱“農研機構”)蔬菜花卉研究部門合作,以當地品種為主,分析了全球各地500多種蘿卜的DNA,明確了全球品種間的差異(SNP:單核苷酸多態性)。

                    根據遺傳信息,全球的蘿卜主要分為四大類,日本的品種單獨為一個類別。詳細研究內容預定發布在國際科學期刊《DNA Research》上,已于2020年3月13日率先發布于網絡版。

                    利用此次的成果,控制蘿卜特有特征(性狀)的基因探索、利用基因組信息的育種(品種開發),以及識別品種的DNA分析技術開發均有望加速。

                    蘿卜是全球廣泛種植的十字花科蔬菜。歐洲等地區主要種植櫻桃蘿卜,南亞和東南亞種植食用種莢的鼠尾蘿卜,東亞地區則種植根莖又大又粗的蘿卜。日本各地都有自己獨特的地方品種,目前已知的地方品種總共達100多種,除了普通的青頭蘿卜和白蘿卜外,還有根莖為圓形的“圣護院蘿卜”、直徑達30cm的“櫻島蘿卜”、形狀細長達到2m以上的“守口蘿卜”、比較辛辣的“辛味蘿卜”,以及根莖較細、主要食用葉子的“小瀨菜蘿卜”等。

                    不過,此前對遺傳上如何決定蘿卜的這些特征知之甚少。2014年,以東北大學研究生院農學研究科的西尾剛教授(現為名譽教授)和北柴大泰副教授(現為教授)為中心組成的研究團隊,全球率先發布了青頭蘿卜的基因組堿基序列信息,利用基因組信息的遺傳學研究由此拉開帷幕。之后又有多家研究機構公開精度更高的基因組堿基序列信息。

                    但除青頭蘿卜以外,其他品種的基因信息無論是品種和品系數量還是信息量都非常少。要想找出決定形狀和成分等差異的基因和決定不同品種特征的基因,需要通過大范圍的染色體(全基因組)明確在很多蘿卜品種和品系之間存在差異的龐大SNP(單核苷酸多態性)。近年來,隨著新一代測序儀的出現和利用測序儀的分析技術的發展,已經可以迅速明確基因組信息,因此研究團隊以全球的蘿卜為對象,實施了全基因組SNP分析。

                    研究成果


                    1.以世界各地種植的蘿卜(Raphanus sativus L.)的品種、野生品系,以及與R. sativus為近緣的其他野生品種(R. raphanistrum和R.maritimus)共約500種為對象,明確了染色體上約53,000個位置的SNP(圖1)。分析的蘿卜品種和品系數量為史上最多,檢測出的總SNP數量約為2,100萬,也是全球最多的。

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                    圖1:檢測出的SNP在染色體上的分布
                    用紅色顯示了約53,000處SNP中的一部分的位置。Rs1~Rs9表示染色體編號。


                    2.整理這些數量龐大的信息,以研究人員和品種開發人員方便利用的形式構建了數據庫。預定近日在Kazusa DNA研究所運營的網站http://radish.kazusa.or.jp上公開。


                    3.根據此次研究明確的遺傳信息進行品系解析,確認了以下兩點。


                    1)約500個品種和品系根據地理分布主要分為四類。日本的品種和品系與東亞(中國和韓國)不同,形成了獨自的類別(圖2)。

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                    圖2:根據SNP信息分析的各品種的遺傳分布(主座標分析)
                    各圖分別顯示了品種,在計算的遺傳位置繪制。綠色表示源自日本的品種和品系,形成了一個單獨的類別。


                    2)日本的蘿卜以前一直被認為是經由中國和韓國傳入的。但此次解析發現可能存在新的傳播途徑,即經由南亞和東南亞傳入西南諸島和南九州,然后傳播到日本國內。

                    未來展望


                    1. 蘿卜的根莖形狀和大小多種多樣,不同品種的根莖顏色(白色、紅色、紫色、黑色等)和辛辣程度也不同。除根莖以外還有食用種莢的蘿卜,既有種莢很小,種子數量很少的類型,也有種莢長達20cm以上的蘿卜。此外還有根莖較細,食用葉子的葉蘿卜。有播種后很快(30天內)就開花的品種,也有播種后200多天才開花的品種。不同的品種和品系各有自己的特征。
                    利用此次的研究成果,有望加速探索控制這些特征(性狀)的基因。另外,還有助于加速利用基因組信息的育種(品種開發)。


                    2. 此次研究明確了大量品種的龐大數量SNP,由此可提供用來對地方品種等進行品種間識別和品種鑒定的基因信息。今后有望促進使用SNP信息的識別和鑒定分析技術的開發。


                    3. 據說日本的地方品種超過100種。利用此次的SNP信息,可以明確地方品種的詳細親緣關系。另外,明確了獨特性的地方品種作為遺傳資源的重要性也將增加。應該可以利用這項成果的信息創建遺傳資源保護指標。


                    4. 受《生物多樣性公約》的《名古屋議定書》限制,現在很難獲得海外各國和地區的遺傳資源。因此,各國和地區通過以與此次研究相同的方式分析當地自古以來就有的蘿卜品種和品系,并結合本次成果的數據進行解析,能更準確地查清全球蘿卜的傳播路徑。

                    論文信息
                    題目:Identification of genome-wide single-nucleotide polymorphisms among geographically diverse radish accessions
                    期刊:《DNA Research》
                    DOI:https://doi.org/10.1093/dnares/dsaa001


                    日語發表原文

                    文:JST客觀日本編輯部