栽培煙草（Nicotiana tabacum ）是由林煙草（N. Sylvestris，S亞基因組）和絨毛狀煙草（N. Tomentosiformis，T亞基因組）在約20萬年前雜交形成的異源四倍體。歷經(jīng)茄科的三倍化事件和該異源四倍化事件，栽培煙草基因組經(jīng)歷了多次擴張、幾乎所有基因都有2-6個拷貝。獨特的演化歷史造就了栽培煙草豐富的次生代謝產(chǎn)物、表型多樣性和龐大的生物量，使其成為了遺傳學(xué)研究的經(jīng)典模式植物、合成生物學(xué)的重要底盤植物和全球重要的經(jīng)濟作物。然而林煙草和絨毛煙草分化時間較短、染色體序列相似度程度很高，多倍體形成后同源染色體是如何準確聯(lián)會確保減數(shù)分裂的順利進行的？同一基因的多個拷貝的劑量效應(yīng)是如何調(diào)節(jié)的？它們又是如何協(xié)同調(diào)控復(fù)雜性狀變異的？在多倍體作物遺傳改良中如何應(yīng)對和利用多拷貝基因帶來的性狀遺傳調(diào)控復(fù)雜性，實現(xiàn)多倍體作物高效快速改良？這一系列科學(xué)問題長期困擾著植物學(xué)、數(shù)量遺傳學(xué)和作物遺傳育種等多個領(lǐng)域，已經(jīng)連續(xù)多年成為了幾個領(lǐng)域共同關(guān)注和交叉研究的前言熱點。
近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究煙草種質(zhì)資源與生物育種創(chuàng)新團隊聯(lián)合北京生命科技研究院、中國科學(xué)院植物研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳基因組研究所、丹麥奧胡斯大學(xué)、菲律賓國際水稻所等多家科研機構(gòu)，在國際頂尖期刊《自然·遺傳學(xué)》（Nature Genetics）發(fā)表題為“ The genome and GeneBank genomics of allotetraploid Nicotiana tabacum provide insights into genome evolution and complex trait regulation”的研究論文。該研究首次繪制了栽培煙草及其祖先種的完美基因組圖譜，解析了亞基因組演化與同源基因表達調(diào)控機制，構(gòu)建了全球最大規(guī)模的煙草種質(zhì)資源基因組變異圖譜和基因型-表型關(guān)聯(lián)育種導(dǎo)航圖譜，發(fā)現(xiàn)了調(diào)控葉型發(fā)育的關(guān)鍵基因和育種過程中表型和基因組的演化規(guī)律，該研究奠定了煙草智慧育種的基礎(chǔ)，為小麥、棉花等多倍體作物的基因組設(shè)計育種提供了思路和基因資源。
該項研究成果是首篇在國際頂尖期刊《自然·遺傳學(xué)》（Nature Genetics）上發(fā)表的煙草復(fù)雜性狀調(diào)控和遺傳改良論文，得到了編輯和專家的高度認可。審稿專家認為：“這項研究不僅為煙草遺傳學(xué)研究和復(fù)雜性狀的遺傳改良提供了路線圖，更建立了多倍體作物研究的范本，將加速多倍體作物的設(shè)計育種進程”。
