圖為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所進(jìn)行谷子種質(zhì)資源規(guī)模化挖掘利用等研究的試驗(yàn)田。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所供圖

(資料圖)

【新知】

科技日?qǐng)?bào)訊（記者馬愛平）6月10日，記者從中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉，該院作物科學(xué)研究所的一篇研究論文8日登上國(guó)際期刊《自然·遺傳學(xué)》雜志。該成果破解谷子高質(zhì)量圖基因組“天書”，力證全世界的谷子均來自中國(guó)。

“歷時(shí)10年，我們對(duì)谷子及其野生種青狗尾草的1844份核心種質(zhì)資源進(jìn)行深入分析，發(fā)掘了1084個(gè)重要性狀相關(guān)位點(diǎn)和基因，繪制了谷子首個(gè)高質(zhì)量圖基因組。”論文通訊作者、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員刁現(xiàn)民告訴科技日?qǐng)?bào)記者，基于高覆蓋深度測(cè)序，研究厘清了谷子野生種、農(nóng)家品種和現(xiàn)代育成品種的群體結(jié)構(gòu)、分類和衍化關(guān)系，闡明了谷子起源及馴化改良的過程；這些群體遺傳學(xué)證據(jù)清楚表明谷子是單起源，即全世界的谷子均來自中國(guó)。

谷子是起源自我國(guó)的古老作物，隸屬禾本科狗尾草屬，至今仍是旱作農(nóng)業(yè)的主栽作物，更是應(yīng)對(duì)氣候變化和干旱環(huán)境的戰(zhàn)略儲(chǔ)備作物。其籽粒為小米，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，深受人們喜愛。

“我國(guó)是谷子的起源國(guó)，也保存著全世界最多的谷子資源。”中國(guó)工程院院士劉旭認(rèn)為，本研究明確了谷子野生種、農(nóng)家品種和現(xiàn)代育成品種三類資源的基因組變異本底，介紹了三類資源的亞群分類和地理分布及其演化的可能過程，從遺傳學(xué)上肯定了谷子單起源中心，即中國(guó)起源中心的理論，是利用新技術(shù)進(jìn)行資源研究的典型代表。

為了破解圖基因組“天書”，研究團(tuán)隊(duì)在對(duì)谷子野生種、農(nóng)家品種和現(xiàn)代育成品種等1844份核心種質(zhì)資源群體結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析的基礎(chǔ)上，從頭組裝了110個(gè)谷子和狗尾草高質(zhì)量基因組，繪制了首個(gè)狗尾草屬基因組變異圖譜，構(gòu)建了首個(gè)雜糧和碳四（C4）作物高質(zhì)量圖基因組。

“《自然·遺傳學(xué)》發(fā)表的谷子圖泛基因組研究，是雜糧領(lǐng)域第一個(gè)高質(zhì)量圖泛基因組。這一工作不僅是谷子研究的又一次‘里程碑’式工作，也是對(duì)‘小作物—大作為’的最好詮釋，并將對(duì)其他作物研究起重要推動(dòng)作用。”中國(guó)科學(xué)院院士李家洋表示。

作物種質(zhì)資源是優(yōu)異基因的載體，對(duì)種質(zhì)資源基因組變異的系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)和表型性狀的精準(zhǔn)鑒定有利于其中優(yōu)異基因的發(fā)掘和利用。研究建立了基于谷子圖基因組的最優(yōu)預(yù)測(cè)模型和全基因組選擇育種方法，該方法可加速作物遺傳研究并使谷子表型預(yù)測(cè)精度最高提升12.6%。

中國(guó)科學(xué)院院士錢前表示，本研究讓人們更清晰地看到了基因組結(jié)構(gòu)變異在發(fā)掘基因功能上的重要性，為谷子模式植物體系提供了基因組和表型數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，全面提升了谷子的育種水平和產(chǎn)量品質(zhì)潛力，使我國(guó)保持了谷子基礎(chǔ)研究和育種研究的國(guó)際領(lǐng)先地位。

“這些持續(xù)選擇基因和性狀關(guān)聯(lián)位點(diǎn)對(duì)谷子重要性狀遺傳解析及標(biāo)記輔助育種至關(guān)重要。同時(shí)，在多作物平行馴化越來越明晰的情況下，相關(guān)研究結(jié)果也對(duì)其他作物重要性狀的遺傳解析提供了重要參考。”中國(guó)工程院院士萬建民表示。

據(jù)悉，主要承擔(dān)這項(xiàng)研究的是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所特色農(nóng)作物優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用團(tuán)隊(duì)。刁現(xiàn)民、紐約大學(xué)基因組學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)研究中心教授邁克爾·普魯加南（Michael Purugganan）和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作科所研究員賈冠清為該論文共同通訊作者。