在喜馬拉雅山野找尋“高原密碼”的追蕎人

　　①周美亮在喜馬拉雅山區野外考察。

　　②雪山下種植的綠色的苦蕎和正在開花的甜蕎。受訪者供圖

　　■本報記者 李晨

　　在喜馬拉雅山南麓的尼泊爾村莊里，雪山腳下開滿了美麗的蕎麥花。融化的雪水推動石磨，將苦蕎和甜蕎磨成粉混在一起，變成當地村民世代依賴的主食。千里之外，日本京都的千年寺廟里，僧人們依然保持著用蕎麥面供奉的傳統；韓國街頭，一碗冰涼的冷面是夏日最受歡迎的食物；中國的西北，老鄉們用饸饹床壓出一根根美味的蕎麥饸饹……

　　在水稻、小麥和玉米等大宗作物難以穩定生長的高寒高海拔地區，苦蕎長期承擔著補充口糧、抵御災荒和豐富膳食的重要作用。

　　8月11日，《細胞》發表了一項由中國農業科學院作物科學研究所（以下簡稱作科所）研究員周美亮團隊領銜的成果。歷時十余年，他們從喜馬拉雅山區的野生苦蕎中找回了栽培蕎麥在馴化過程中丟失的高原適應性基因，并將其與地方品種中的大粒高產基因精準聚合，創制出兼具高海拔適應性和大粒高產特性的苦蕎新種質，在高海拔條件下較對照品種增產約25%。

　　論文審稿人表示，這是一項令人印象深刻的工作，代表了泛基因組作物改良的真正進步。將野生種質來源的等位基因導入栽培背景，并在多個海拔田間試驗點得到驗證，具有說服力和實際應用價值。

　　“人間母為大，糧食蕎為王”

　　2007年，論文共同通訊作者、當時還是研究生的周美亮跟隨導師第一次走進四川大涼山。眼前的一幕讓他終生難忘：海拔3000多米的高山上，漫山遍野都種著一種他從未見過的籽粒呈三棱形的作物。當地人告訴他，這是苦蕎，是他們祖祖輩輩賴以生存的口糧。

　　周美亮告訴《中國科學報》，在平均海拔超過3500米的喜馬拉雅山區，植物每天都要經受強紫外線、低溫、缺氧等多重環境脅迫。許多作物難以在這里順利度過生命周期，野生苦蕎卻能扎根高原，在海拔4500米以上還能正常開花、結果。

　　“我當時就想，這作物怎么這么神奇？”周美亮是湖南人，從小在魚米之鄉長大，第一次見到這種能在高寒山區頑強生長的作物，被深深震撼了。

　　更讓他著迷的是當地彝族人與苦蕎之間那種血脈相連的情感。“人間母為大，糧食蕎為王。”這是彝族地區流傳的一句古老諺語。女子出嫁，要帶著蕎麥種子走；離家前要吃一口蕎麥糊，到了婆家第一口也要吃蕎麥；孩子出生，第一口輔食同樣是蕎麥糊。“生老病死，蕎麥貫穿了彝族人的一生。”周美亮說。

　　碩士畢業后，周美亮到荷蘭萊頓大學攻讀博士學位，但心中始終放不下那些高原上的蕎麥花。2015年，他回國繼續開展蕎麥研究。

　　彼時，中國的蕎麥研究基礎薄弱。盡管我國是世界公認的蕎麥起源地和蕎麥屬植物資源最豐富的國家，但此前國內對蕎麥資源的收集主要集中在農家種和栽培種上，對野生資源的系統性調查和研究非常少。

　　作科所非常重視野生蕎麥資源的調查收集、鑒定評價與創新利用，并于2017年將蕎麥納入國家作物種質庫的體系。周美亮就在這時被委以重任，進入作物種質資源中心，擔任蕎麥基因資源創新研究組組長。

　　從此，周美亮帶著團隊踏上了漫長的“追蕎”路。

　　飛石砸在車頭前，衣服吹進金沙江

　　在四川省涼山州，有一片上百畝的蕎麥種質資源圃。上千份來自世界各地的蕎麥種質在這里生根發芽，開出白色、紅色、紫色的花朵。每一株的背后，都有一個驚心動魄的故事。

　　每年9月底到11月初，是周美亮團隊在青藏高原地區考察的時候。只有這1個月左右的時間，野生蕎麥的花、葉、種子才會同時呈現，是辨認和采集的最佳窗口期。“其他時候它就像一棵雜草，全是綠葉，根本認不出來。”周美亮說。

　　中國工程院院士、論文共同通訊作者劉旭說，在我國青藏高原東緣及云南、四川和西藏一帶，復雜的地形、顯著的海拔梯度和多樣的氣候條件，孕育了豐富的野生蕎麥資源和地方種質，被認為是蕎麥重要的起源、馴化和多樣性中心。

　　該地區的蕎麥經歷了長期自然選擇和人工選擇，蘊藏著耐寒、耐紫外輻射、優質和高產等遺傳變異，是苦蕎育種不可替代的資源寶庫。“要從分散在深山峽谷中的野生資源里找到真正有利用價值的材料，需要長期開展資源考察、收集、鑒定和保存工作。”劉旭說。

　　十幾年來，他們的足跡遍布喜馬拉雅山脈、金沙江流域、雅魯藏布江流域，累計收集野生蕎麥材料2000余份。團隊成員翻越高山、深入河谷，將散落在不同生態區域的野生種質帶回資源圃，逐份開展繁殖保存和性狀鑒定。

　　野外考察驚險不斷，最令人印象深刻的一次發生在金沙江流域。那一次車輛行駛在懸崖邊的臨時施工道路上，突然，一塊直徑超過1米的大石毫無征兆地從山上滾落，砸在車頭前方不到半米的位置。“所有人都嚇了一大跳，如果再往前開一點點，后果不堪設想。”論文共同第一作者、作科所博士后李偉回憶道。這樣的飛石險情，他們經歷了不下十次。

　　還有一次，學生們洗完衣服晾在車后部，江邊一陣狂風襲來，所有人的衣服都被吹進了金沙江。“就那么幾件衣服，看著它們飄走，一點辦法都沒有。”周美亮苦笑著說。

　　盡管如此，學生們卻拼勁十足。有一次，一名學生在崖壁上發現了一片野生蕎麥，二話不說就沖上了傾斜的崖壁。那片蕎麥離地面有八九米高，坡度很陡，他抓住一個樹根想往上攀，結果樹根斷了，整個人順著山坡滑下來，不僅衣服磨破了，身上還劃出了一道道血痕。“每年只有那一個月能采集，錯過了就要再等一年，因此看到好東西，誰都舍不得放棄。”周美亮說。

　　“我們的材料來源非常清晰。”周美亮說。正是這個獨一無二的野生蕎麥資源庫，為后續的研究奠定了不可替代的基礎。

　　在2000多份資源里“大海撈針”

　　在收集了大量野生資源后，周美亮他們開始思考一個困擾蕎麥育種界多年的難題。

　　對于高原和高寒山區而言，種植苦蕎不僅有助于豐富食物來源和改善膳食結構，也能夠帶動特色農產品加工和地方產業發展。然而，長期以來，高海拔地方品種雖然耐寒、耐強紫外線，卻普遍籽粒偏小、產量較低，而低海拔地區培育的大粒高產品種，進入高原后又容易出現結實不良。如何兼顧環境適應性與產量，成為苦蕎育種必須突破的關鍵難題。

　　“我們在野生蕎麥里觀察到一個很有意思的現象：有一些野生苦蕎既能適應高海拔，也能結出大籽粒。”周美亮說，“這說明‘既能抗逆又能高產’這條路是走得通的。”

　　不過，要找到背后的基因密碼，談何容易。

　　論文共同第一作者、作科所研究員張凱旋介紹，他們首先從2000多份野生材料中篩選出119份野生苦蕎資源，然后從地方資源和育成種中篩選出875份資源，匯集成來自15個國家和地區的994份核心種質資源，在此基礎上構建了苦蕎的泛基因組圖譜，繪制出高分辨率變異圖譜。順著這些遺傳變異線索，他們找到了一個關鍵基因——FtRNH，這個基因在栽培苦蕎中完全缺失。

　　這個基因有什么用？周美亮打了個比方：高海拔地區的強紫外線和低溫會誘導植物體內形成一種叫“R環”的結構，就像纏在一起的“死結”，會阻礙基因的正常表達，讓細胞像“中毒”了一樣不能正常存活。

　　而FtRNH編碼的核糖核酸酶H就像“解藥”，能夠有效清除這些異常的R環，讓基因重新正常工作，相當于給細胞“解毒”。“野生蕎麥因為有這個基因，所以能在高原上活得很好；栽培蕎麥在馴化過程中或在選擇壓力放松下，把這個基因弄丟了，所以一上高原就耐受不了。”周美亮說。

　　幾乎與此同時，團隊還在栽培蕎麥中鎖定了調控籽粒大小的基因FtPLATZ。它能促進胚乳細胞分裂和生長，從而增大籽粒。

　　一個來自野生種質，代表對嚴酷環境的適應；另一個來自長期育種選擇，代表對大粒高產的追求。過去，這兩類優異性狀分散在不同材料中。周美亮要做的，就是讓它們在同一個植株上“重逢”。

　　選什么樣的野生親本來做雜交？標準非常苛刻：既要抗逆性強，又要花多、結實率高，還要容易和栽培蕎麥雜交。僅是篩選合適的親本，他們就花了近3年時間。

　　研究人員最終選定了一個表現優異的野生苦蕎材料，與栽培品種進行雜交、回交，再通過分子標記輔助選擇，將FtRNH優異單倍型和FtPLATZ3大粒單倍型精準聚合到一起。

　　這項工作常年在云南昭通、四川涼山、西藏林芝和日喀則等多個高海拔試驗點同步推進。“我們的學生一年可能有七八個月都在涼山和昭通。”周美亮說。好在苦蕎生育期短，只有70多天，一年可以培育3到4代。即便如此，從雜交到最終培育出新種質，也花了整整5年時間。

　　最終，研究人員創制出兼具高海拔適應性和大粒高產特性的苦蕎新種質——在高海拔條件下較對照品種增產約25%，預計5年內就能走向市場。對于高海拔地區的農民來說，這意味著實實在在的增收。

　　由此，這項工作完成了從基因組資源構建、關鍵基因發現和分子機制解析，到優異變異聚合與田間育種驗證的完整閉環，把一份藏在野生苦蕎中的遺傳資源真正轉化為可供育種利用的新種質。

　　今年6月，國際蕎麥大會首次在苦蕎主產區四川涼山召開。會上發布“涼山倡議”，鼓勵進一步加強苦蕎種質資源的保護與創新利用，推動基礎研究、應用研究與產業轉化的協調發展，提升苦蕎產業在促進人類健康、生態保護及區域特色產業發展中的作用。

　　“蕎麥是最接近我心的作物”，這是周美亮多次在國際學術交流場合說過的一句話。“苦蕎曾是被遺忘的特殊資源。總得有人去付出，這是我—輩子最喜歡干的事。”

　　相關論文信息：

　　https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.07.035