图书馆动态 | 中国农业科学院Cell最新科研成果展
“十四五”期间，中国农业科学院多篇研究成果相继发表于国际顶级期刊Cell，充分彰显了我院在农业基础研究领域的科研硬实力与学术影响力。我们期待，通过对这些标志性成果的深度研读，能够进一步激发面向世界科技前沿的源头创新，助力我院筑牢基础研究根基，为实现农业高水平科技自立自强贡献更大力量。
1.Genome design of hybrid potato
将马铃薯从无性繁殖的四倍体改造成种子繁殖的二倍体杂交马铃薯，是农业上的一项重要创新。由于有害的突变，开发高纯合子自交系仍然是一个挑战。我们选择起始材料中基因组纯合性的百分比和有害突变的数量，S1种群中分离扭曲的数量等基因组设计指标，用来推断打破有益和有害等位基因之间紧密连锁的单倍型信息，以及亲本品系的基因组互补性。设计开发了一代纯可育的马铃薯系，从而获得了均匀、有活力的F1代。本研究将马铃薯育种从缓慢、非累积模式转变为快速迭代模式，从而增强了对农民和消费者的广泛利益。（基因组所，张春芝，第一作者；黄三文，通讯作者）
2.Recessive epistasis of a synonymous mutation confers cucumber domestication through epitranscriptomic regulation
中国农业科学院蔬菜花卉研究所与深圳农业基因组研究所联合国内外研究机构首次在遗传上证明了同义突变可通过改变m6A修饰和mRNA结构构象调控作物的驯化性状。研究团队利用野生黄瓜和栽培黄瓜构建了近等基因系，定位到两个紧密连锁的、上位互作的基因ACS2（编码乙烯合成限速酶）和YTH1（编码m6A阅读蛋白），通过调控乙烯剂量调控果长驯化性状。研究发现，ACS2的1287C>T同义突变是决定驯化性状的变异位点。揭示了该同义突变通过改变单个位点的mRNA的m6A修饰水平和mRNA结构构象来调控果长驯化的分子机制。该研究揭示了同义突变长久以来被忽略的重要功能。暗示了在作物驯化过程中，同义突变可能因受到选择压力而被保留，通过改变转录后的基因表达（如翻译效率）来发挥作用。
3.A natural gene drive system confers reproductive isolation in rice
中国农业科学院作物科学研究所和南京农业大学的科研团队经过13年的合作研究，系统鉴定了引起籼稻和粳稻杂种不育的位点，深入解析其中一个最主效位点的基因克隆和遗传、分子机制，解开了水稻生殖隔离之谜，为利用亚种间杂种优势培育高产品种提供了理论和技术支撑。（万建民院士团队）
4.Phylogenomic discovery of deleterious mutations facilitates hybrid potato breeding
马铃薯是全球最重要的块茎类作物。“优薯计划”彻底变 革了马铃薯的育种方式，引领产业的“绿色革命”。为加速马铃薯杂交育种，本研究解析了100份茄科基因组，开发了“进化 透镜”技术，绘制了首个马铃薯全基因组功能位点和有害突变二维图谱，提出了反直觉的自交系选育方法，开发了全基因组的预测新模型，使马铃薯产量预测达到了前所未有的准确度， 加速了杂交马铃薯的育种进程，使我国在马铃薯育种基础理论和技术上站在了世界领先地位。（基因组所，吴瑶瑶，第一作者；通讯作者，黄三文）
5.Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins
烟粉虱是一种世界性重大农业害虫，它能为害600余种寄主植物。本研究首次发现，烟粉虱通过独特的水平基因转移事件获得了一个植物源的酚糖丙二酰基转移酶基因——BtPMaT1，该基因能够使烟粉虱解毒番茄等寄主植物中广泛存在的次生代谢产物酚糖。而且，利用转基因番茄沉默BtPMaT1基因能破坏烟粉虱对酚糖的解毒能力。本研究揭示了昆虫如何利用水平转移基因来克服宿主的防御，为探索昆虫适应性进化规律开辟新视角，为新一代烟粉虱田间精准绿色防控技术研发提供新思路。（蔬菜所，夏吉星，第一作者；张友军，通讯作者）
6.African lungfish genome sheds light on the vertebrate water-to-land transition
肺鱼是四足动物现存最近的亲戚，保存了与水陆过渡有关的祖先特征。但它巨大的基因组阻碍了我们对这一关键转变的深入理解。本研究使用自主开发的三代测序组装算法用很短时间就完成了1.5TB的三代校正数据分析，得到迄今为止数据量最大，高达39.1Gb的基因组序列，完整度高达95%，高质量解析了迄今组装难度最大的非洲肺鱼基因组。超长长度的基因与其他基因的表达水平相似，表明肺鱼已经进化出了较高的转录效率来保持基因表达的平衡。该基因组是目前已知最大的脊椎动物基因组，这一成果标志着我国在超大基因组解析方面已经达到国际顶尖水平。（基因组所，阮珏，共同第一作者）
7. Ancient hybridization underlies tuberization and radiation of the potato lineage
该研究首次揭示了马铃薯组的杂交起源、薯块形成和辐射分化，研究发现，马铃薯组起源于900万年前番茄组和类马铃薯组的一次古杂交事件，杂交产生了新器官（薯块）。该研究是“优薯计划”的又一重大突破，为马铃薯遗传育种提供了全新的理论视角。
基因组所（大鹏湾实验室）黄三文研究员、兰州大学刘建全教授、加拿大英属哥伦比亚大学Loren Rieseberg教授以及英国自然历史博物馆Sandra Knapp研究员为该论文的通讯作者。基因组所（大鹏湾实验室）张智洋博士、张平贤博士后、基因组所与华中农业大学联培博士生丁亦苑、南京林业大学王则夫教授为该论文的共同第一作者。
8.Squeeze pumping of lipids and insecticides by ABCH transporter
研究揭示了ABCH转运蛋白转运脂质和外排农药的分子机制，并获得了能够抑制转运功能的小分子抑制剂。简单来说，研究解析了害虫的“外部防御”和“解毒”机制，并找到了能直接用于合成绿色农药的有效成分。该研究为理解昆虫抗药性机制提供了新视角，也为设计并研发安全、低抗性的绿色农药奠定了重要基础。
植物病虫害综合治理全国重点实验室，中国农业科学院深圳农业基因组研究所为该论文的第一单位。中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）、中国农业科学院植物保护研究所杨青教授为论文的通讯作者，大连理工大学博士研究生陈金利、中国农业科学院植物保护研究所段燕伟博士为该论文的共同第一作者。
9.The integrated genomics of crop domestication and breeding
该论文系统梳理了近十年作物遗传学领域的重要研究进展，包括对作物遗传信息的读取（作物参考基因组和群体基因组的构建）、解读（驯化和育种过程中重要基因的发掘鉴定）和改造（从头驯化、基因组设计及合成生物学），并对该领域的未来发展进行了展望。
中科院遗传所李家洋院士、中科院分子植物卓越中心韩斌院士、基因组所黄三文研究员、上海师范大学黄学辉教授为论文作者。基因组所周姚副研究员和周永锋研究员、上海师范大学邱杰副研究员和魏鑫研究员、山东农业大学李平华教授在综述的数据整理、图表制备和论文写作中提供了重要帮助和宝贵建议。
10.The enormous repetitive Antarctic krill genome reveals environmental adaptations and population insights
研究人员报道了一个48.01GB染色体水平的南极磷虾基因组，其巨大的基因组大小似乎是由基因间转座因子扩张造成的。它们的组装揭示了南极磷虾生物钟的分子结构，并揭示了与蜕皮和能量代谢相关的扩展基因家族，并为适应寒冷和高度季节性的南极环境提供了见解。来自南极大陆周围地理位置的种群水平基因组重新测序没有揭示出明确的种群结构，但强调了与环境变量相关的自然选择。磷虾数量每年急剧减少1000万，随后又在100万年前反弹，这与气候变化事件是一致的。这些发现揭示了南极磷虾适应南大洋的基因组基础，为未来的南极研究提供了宝贵的资源。（基因组所，范广益，共同通讯作者）
11.Generation of rat forebrain tissues in mice
该研究提出了一个高效的异种囊胚互补系统并首次在小鼠体内生成了功能性的大鼠前脑组织，同时揭示了异种前脑补偿嵌合体背景下细胞发育的自主性和非自主性性影响。这对于在进化背景下理解脑进化的机制具有重要意义。
脑智卓越中心杨辉/周海波研究员、美国得克萨斯州西南医学中心终身教授吴军和中国科学院动物所郭帆研究员为该论文通讯作者。得克萨斯州西南医学中心博士后黄佳、贺冰冰、李磊杰，中国农业科学院深圳农业基因组研究所博士生杨霞丽，中国科学院动物所博士生龙鑫以及脑智卓越中心博士后魏迎辉为该论文的共同第一作者。
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