资讯 | 我科学家成功构建首个黍稷高质量泛基因组

黍稷基因组学研究又有重大突破。经济日报记者从中国农科院获悉：该院近日成功构建了黍稷第一个高质量泛基因组和遗传变异图谱，系统性解析了黍稷品种资源的群体结构、起源演化历史与基因组驯化特征。该图谱由作物科学研究所特色农作物优异种质资源发掘与创新利用团队构建。该项研究为证实黍稷是中国单起源的作物，并通过我国西北地区传入中亚和欧洲，在分子水平上提供了有力证据。研究还发掘了139个黍稷重要农艺性状相关位点和基因，为未来黍稷分子育种和培育突破性品种提供了理论基础和技术路径。相关研究成果北京时间12月1日在线发表于国际权威期刊《自然·遗传学》（Nature Genetics）杂志。

黍稷，俗称黍子、糜子、大黄米，是人类最早的栽培谷物之一。然而，随着水稻、小麦、玉米等主粮作物的兴起，黍稷逐渐成为非主要作物，主要种植于亚洲和欧洲的半干旱地区。近年来，随着气候环境的变化和农业可持续性与粮食安全面临新的挑战，黍稷因其生长周期短、根系营养吸收能力强、需水量少、适应盐碱等胁迫环境等特点而受到广泛关注。然而，目前黍稷育种和产业水平整体偏低，黍稷品种资源群体遗传结构、基因组变异、驯化相关功能基因等系统性基础研究匮乏，制约了黍稷遗传育种的发展。

如何让黍稷在粮食安全中发挥更大的作用？了解其基因组和遗传变异特点成为破题的关键。“资源是育种的芯片，但科学的利用资源依赖于对资源基因型和表型的精深鉴定，相较于主要农作物，黍稷的育种技术和品种水平落后明显。”作科所作物种质资源中心研究员刁现民解释。

向着未知的科学发起“进攻”，研究团队历时十年，通过对516份黍稷种质资源的深度重测序研究，对其起源与进化进行了全面的群体遗传学分析。结果表明黍稷群体结构可分为四个主要类群：C1东部/东北平原、C2中亚/欧洲、C3西北高原（主要产区）和W野生类群。研究证实了黍稷的单起源理论，并为黍稷经由河西走廊并经由我国新疆传播至中亚与欧洲提供了理论基础，是目前最系统和翔实的黍子资源遗传多样性分析。

基于黍稷品种资源的遗传结构特征，研究团队成功构建了具有代表性的黍稷泛基因组，并绘制了迄今最为全面的黍稷高质量基因组变异图谱，极大的拓展了黍稷基因组育种研究中可用的遗传变异和基因资源。在此基础上，研究团队连续两年，在14个环境下对该516份核心种质的43个重要农艺性状进行精准鉴定，形成了包含903套数据的大规模表型数据库。将基因组变异和表型数据关联，发掘出139个与黍稷表型显著关联的重要性状相关位点和524个黍稷驯化育种的选择信号。该研究同时对多个环境和性状进行了表型组分析，批量发掘了控制重要性状的控制位点和基因，形成了一个黍稷分子育种的平台。

“这是黍稷研究领域目前发表的最高水平的论文。相关研究为黍稷的基因组研究奠定了坚实的基础，并为后续的抗性改良等分子育种工作提供了重要的参考；同时，这也为进一步推动黍稷这一重要谷物资源的利用和研究带来了新的机遇，并为推动农业可持续发展和粮食安全做出更大的贡献。”中国科学院院士钱前表示。

在专家们看来，这些成果为黍稷等禾谷类杂粮作物的基础研究和资源利用提供了重要的数据基础，也为作物种质资源挖掘和利用提供了重要的参考。（来源：经济日报）