10月1日晚，崖州灣國家實驗室大豆種子創(chuàng)新團隊在《細胞》（Cell）發(fā)表了題為“Genomic atlas of 8,105 accessions reveals stepwise domestication, global dissemination, and improvement trajectories in soybean”的研究論文。
該研究利用前人測定的 8105 份覆蓋野生型、地方品種和現(xiàn)代栽培品種的大豆種質(zhì)資源基因組信息，開展了系統(tǒng)的比較基因組分析，揭示了大豆馴化、傳播和改良的基因選擇軌跡，為大豆進化研究和未來分子設(shè)計育種提供了理論基礎(chǔ)。
崖州灣國家實驗室大豆種子創(chuàng)新團隊首席科學家田志喜為該論文的通訊作者。崖州灣國家實驗室博士后朱舟、博士后王亞琳為共同第一作者。
現(xiàn)代栽培大豆（Glycine max）約在5000-6000年前由野生大豆在中國被馴化，隨后逐步傳播至亞洲、歐洲、北美、南美等不同國家和地區(qū)，形成了形形色色的各地優(yōu)良品種，為人類和動物提供了主要的植物油脂和蛋白質(zhì)來源，已經(jīng)成為全球最重要的糧油作物之一。然而，目前大豆品種培育的速度遠遠不能滿足全球的需求。
在長期的馴化、傳播和改良過程中，世界各地大豆種質(zhì)資源無論與原始野生種相比，還是相互之間比較，在植株形態(tài)、生態(tài)適應(yīng)性、生產(chǎn)特性等方面都發(fā)生了巨大變化和分化。然而，關(guān)于大豆種質(zhì)資源演化一些重要問題并不清楚，例如是哪些基因在其中起到了重要的推動作用？大豆馴化過程和起源地以及哪些基因起到?jīng)Q定作用？ 解析大豆種質(zhì)資源遺傳基礎(chǔ)，深刻理解性狀形成的決定基因，對大豆種質(zhì)資源利用和優(yōu)良品種培育具有重要意義。
揭示大豆馴化呈現(xiàn)分步選擇模式
研究團隊系統(tǒng)分析了8,105份大豆材料的進化關(guān)系和群體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)黑豆在進化上處于野生和被馴化品種的中間位置。進一步選擇分析發(fā)現(xiàn)，大豆性狀呈現(xiàn)分步選擇模式。例如，在黑豆材料中控制種子休眠的G基因和調(diào)控裂莢性的GmNST1A尚未被完全選擇，而農(nóng)家種和栽培種中幾乎被完全選擇固定。部分性狀，例如種皮顏色也是在黑豆-農(nóng)家種這一階段才經(jīng)歷了高強度的人工選擇。群體遺傳分析也證明野生大豆、黑豆和農(nóng)家種之間存在復雜的基因流現(xiàn)象。這些發(fā)現(xiàn)首次明確了黑豆的過渡地位，豐富了大豆的馴化模型。
提出大豆兩個獨立的馴化中心假說
進一步進化分析發(fā)現(xiàn)，黑豆可以分為兩個主要分支（分支1和分支2），分支1主要分布于中國的黃淮海地區(qū)，分支2主要分布于中國的西北地區(qū)（山西、陜西）。結(jié)合中國的考古記錄和一些古典文獻，首次提出存在兩個獨立的大豆馴化中心：一個位于中國黃淮海地區(qū)，另一個位中國于西北地區(qū)。這些結(jié)果為長期存在的大豆馴化中心爭議提供了全新的證據(jù)。
闡明大豆全球選擇壓力與改良目標差異
系統(tǒng)比較了不同國家、不同地區(qū)大豆種質(zhì)資源在重要性狀調(diào)控基因的選擇差異，挖掘到大量與生態(tài)適應(yīng)性、生產(chǎn)特性分化相關(guān)的選擇基因，如E2、Tof8、E1、GmFT5b 等。發(fā)現(xiàn)大豆裂莢性相關(guān)基因GmSHAT1-5和Pdh1、生長習性相關(guān)基因Dt1等眾多基因在不同國家存在不同的選擇模式，體現(xiàn)出大豆育種的地區(qū)偏好性。同時，也發(fā)現(xiàn)在中國不同年代的品種培育中，改良目標也呈現(xiàn)明顯的歷史轉(zhuǎn)變：建國初期以高蛋白為主，而近年來更強調(diào)高產(chǎn)、高油和抗逆性。研究還結(jié)合中國審定品種的表型數(shù)據(jù)和全基因組關(guān)聯(lián)分析，研究定位到新的候選基因GmSWEET30a，為未來大豆品質(zhì)改良提供了新的分子靶點。
構(gòu)建大豆基因組資源平臺
基于8,105份大豆品種和被選擇基因信息，研究團隊構(gòu)建了高密度大豆全基因組變異圖譜和數(shù)量性狀核苷酸（QTN）庫，并開發(fā)了面向全球科研群體的在線數(shù)據(jù)庫（https://ngdc.cncb.ac.cn/soyomics/breedingtips）。
綜上，本研究從歷史和地理的維度繪制了一幅清晰的大豆在馴化、傳播、改良過程中關(guān)鍵基因選擇圖譜“畫卷”，并提出了新的大豆起源假說。相關(guān)發(fā)現(xiàn)不僅為理解作物馴化與改良的一般規(guī)律提供了新的視角，也為充分利用種質(zhì)資源開展分子設(shè)計育種奠定了堅實的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)平臺。
崖州灣國家實驗室大豆種子創(chuàng)新團隊首席科學家田志喜為該論文的通訊作者。崖州灣國家實驗室朱舟博士后，王亞琳博士后為該論文的共同第一作者。崖州灣國家實驗室主任科學家劉書林，中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所王守冬研究員，國家基因組科學數(shù)據(jù)中心宋述慧教授為研究提供了重要幫助。崖州灣國家實驗室在讀博士生李舉旭，崖州灣國家實驗室主任科學家房超，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所劉羽誠研究員，南京林業(yè)大學楊霄月博士參與了研究。該研究得到了崖州灣國家實驗室、國家自然科學基金、科學探索獎、泰山學者等項目支持。
