多國合作編纂“小麥字典”：六倍體小麥基因測序完成

　　一本小麥基因組學“字典”就此誕生了。

　　8月17日，《科學》在線發布了一項歷時13年的研究：完整版六倍體小麥“中國春”的基因組圖譜。這一成果由國際小麥基因組測序聯盟（IWGSC）牽頭，署名作者來自20余個國家的70多家機構。

　　這本“字典”能干嗎？小麥倒不倒伏、耐不耐旱、種子是大還是小、營養價值高不高，可都和它有關。

　　西北農林科技大學旱區作物逆境生物學國家重點實驗室教授、2005年加入此項研究的宋衛寧告訴《中國科學報》記者，“就像破解人類基因密碼一樣，有了小麥的基因組圖譜，小麥的育種、遺傳研究就能向前推進一大步。”

　　不過，在眾多主要農作物里，小麥的完整基因圖譜，可謂“千呼萬喚始出來”。作為典型的異源多倍體，小麥基因組由3套不同的基因組構成，其體量是人類基因組的5倍、水稻的40倍，破譯難度巨大。

　　同時，小麥基因組內的重復序列含量特高，有媒體戲稱相關研究面臨的是“噩夢般的挑戰”。

　　IWGSC主席、澳大利亞墨爾本大學的研究者Rudi Appels曾公開表示，做小麥基因組測序，就如同“攀登珠穆朗瑪峰”。

　　但“珠峰”并非高不可攀。在此之前，已有不少國家的研究者在小麥基因上“做出文章”，筑起一個又一個里程碑。

　　2008年，來自法國農科院的研究團隊發布了小麥染色體中最大的一條——3B染色體的物理圖譜；2013 年，中科院遺傳發育所和中國農科院作物所分別完成小麥祖先A和D基因組草圖；2017年，IWGSC宣布小麥品系“中國春”染色體物理圖譜構建完成……

　　宋衛寧告訴記者，早期許多科學家認為，小麥基因組測序在技術層面難以實現。但不斷涌現的研究突破，讓更多科學家看到希望，小麥全基因組圖譜的前景也逐漸明朗起來。

　　不過，小麥基因組體量尤其大、重復序列含量高，必須采用“分而治之”的策略。“我們采取的技術路線是，分離染色體—建立BAC（細菌人工染色體）文庫—構建物理圖譜—測序。”宋衛寧說。

　　首先將所有染色體依照大小、長短統一進行分離。小麥的21條染色體共分為三組，名為A組、B組和D組，每組內含有7條染色體，依照數字編碼為1A、2A、3A等，每條染色體還可拆分為長臂和短臂。

　　染色體最初的分離與BAC文庫的構建，由捷克的研究團隊負責，之后由IWGSC協調委員會牽頭，各國成員依照自身條件“一段段認領”，分頭完成后續的物理圖譜構建和BAC測序。

　　宋衛寧實驗室負責的是小麥染色體7D中的長臂。目前能夠確定這條染色體的許多區間與小麥產量、種子大小、能否抵抗銹病等性狀有密切關聯。

　　“這是目前六倍體小麥最完整的基因組圖譜了。”9年間帶領團隊完成任務的宋衛寧語氣略帶激動，“有了這本‘參考書’，從前做不出來的實驗，現在就有可能做出來了，之前研究過的，還可以繼續做得更通透。未來我們還可以研究小麥的進化，探討基因序列與生存環境的關系，更有效率地加快小麥育種進程。”

　　相關論文信息:DOI:10.1126/science.aar7191