我國學者成功完成小麥A基因組的測序和精細圖譜繪制

　　小麥是全球最重要的糧食作物，養活了世界上40%的人口，提供了人類所需熱能和蛋白質的20%。我國是世界上小麥生產和消費大國，常年種植面積為2,400萬公頃左右，年產量近1.3億噸。生產上廣泛種植的普通小麥是一個經兩次自然雜交而形成異源六倍體，含有A、B和D三個亞基因組，其基因組大（約17 Gb，是水稻基因組的40倍）而復雜，85%以上基因組DNA為重復序列，致使基因組測序研究困難重重，進展緩慢。追本溯源，烏拉爾圖小麥（基因組約為5 Gb）是普通小麥和其它多倍體小麥（如野生和栽培的四倍體小麥、Timopheevii 和 Zhukoviskyi小麥等）中A基因組的原始二倍體供體。因此，烏拉爾圖小麥在多倍體小麥進化過程中起著基礎性的核心作用。

圖: 小麥A基因組7條染色體從禾本科共同祖先基因組起源的演化模型

　　針對小麥結構基因組解析這一科學難題，中國科學院遺傳與發育生物學研究所植物細胞與染色體國家重點實驗室的小麥基因組研究團隊與遺傳發育所的基因組分析平臺等合作，通過構建A基因組BAC文庫和BAC測序，結合全基因組PacBio測序以及最新物理圖譜構建技術（BioNano和10x Genomics），最終完成了烏拉爾圖小麥材料G1812的基因組測序和精細組裝，繪制出了小麥A基因組7條染色體的分子圖譜，注釋出了41,507個蛋白編碼基因。發現在小麥基因組中參與春化和開花的REM類轉錄因子基因有明顯擴增。與水稻、高粱和短柄草基因組的比較和共線性分析，推演出了小麥A基因組7條染色體的進化模型，并鑒定出了小麥A基因組從二倍體、經四倍體到六倍體進化過程中的染色體結構變異。群體遺傳學分析顯示來自于新沃月地區的烏拉爾圖小麥可分為三個亞群，其遺傳多樣性與海拔高度密切相關，并證明海拔高度在烏拉爾圖小麥適應環境和重要性狀（如白粉病抗性）形成中起到重要作用。該研究成果于2018年5月9日18時（倫敦時間）在國際著名學術刊物Nature在線發表（DOI：10.1038/s41586-018-0108-0）。這是遺傳發育所在小麥基因組研究中利用二代高通量測序技術繪制首張小麥A基因組草圖（Ling et al., Nature，2013）之后的又一重大突破。

　　烏拉爾圖小麥基因組測序和染色體精細圖譜繪制的完成，全面揭示了小麥A基因組的結構和表達特征，對深入和系統地研究麥類植物的結構與功能基因組學以及進一步推動栽培小麥的遺傳改良具有重要理論意義和實用價值。同時也為國內外科研工作者解析小麥基因組進化和馴化提供了高質量的基因組信息和一個全新的視角。注釋出的基因信息將助力小麥重要農藝性狀基因的精細定位、克隆和功能解析，加速栽培小麥的遺傳改良和分子設計育種。對提升小麥產業競爭力、保障糧食安全和農業提質增效與可持續發展將產生重要作用。

　　該研究成果由中國科學院遺傳與發育生物學研究所植物細胞與染色體工程國家重點實驗室、中國科學院種子創新研究院、與遺傳發育所基因組分析平臺、華大基因和荷蘭Keygene公司合作完成。該項研究由中國科學院和中華人民共和國科技部資助完成。