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土壤氮素短缺是限制作物生产的最主要因子,从全基因组水平上解析作物氮高效的遗传及分子机制,培育氮高效作物新品种,提高作物的氮素利用效率,是解决我国及世界农业的面源污染,实现农业可持续发展和保护环境的关键。近日,高性能计算部、中科院遗传所植物细胞与染色体工程国家重点实验室与鲁东大学合作,通过基因组测序与生物信息学手段,在解析小麦氮素高效利用的分子机制研究中取得重要进展,相关成果以“Comparative genomic and transcriptomic analyses uncover the molecular basis of high nitrogen use efficiency in the wheat cultivar Kenong 9204”为题于2022年7月22日在线发表在《Molecular Plant》(图1)。高性能计算部在读博士生韩鑫胤为论文的共同第一作者,牛北方研究员为论文的共同通讯作者。科技云部李菁菁研究员、赵毅高级工程师、业务发展处赵芸卿工程师分别为本研究的高通量基因组数据传输、高效利用超级计算机“元”计算资源方面提供了技术支持。
该研究围绕氮高效小麦品种“科农9204”的大尺度基因组、转录组、表观组及重要基因功能展开计算挖掘,高性能计算部研究团队基于生物信息学与高性能计算技术,研发了大尺度基因组并行组装与注释的算法和软件,组装出了“科农 9204”的高质量基因组序列,并系统地注释分析了“科农 9204”的氮吸收和代谢相关基因。通过与氮低效品种“京411”的对比研究,鉴定出了小麦响应缺氮的关键发育时期和相关的主要代谢途径(图2&图3),为小麦氮高效的分子机制提供了新观点,也为培育氮高效的小麦新品种提供了有价值的基因资源。
该研究得到了国家自然科学基金委创新研究团队和重大研究计划、中科院先导专项、中科院“十三五”信息化专项课题(XXH13506-408)的联合资助。(撰稿:李瑞琳)
图1《Molecular Plant》在线论文
图2 小麦响应缺氮的关键发育时期和相关的主要代谢途径
图3 科农9204氮高效的遗传及分子调控模型
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