谷子高質量圖基因組“面紗”揭開

谷子即小米，起源于中國，作為糧食作物深受老百姓喜愛。近日，中國農業科學院作物科學研究所特色農作物優異種質資源發掘與創新利用團隊，通過對谷子種質資源的基因組分析，組裝了首個谷子高質量圖基因組，系統闡明了谷子起源及馴化改良的過程，并創制了谷子圖基因組精準高效育種方法，為培育谷子突破性品種提供了理論基礎和技術路徑。相關研究成果日前發表在國際期刊《自然·遺傳學》上。

　　谷子至今仍是旱作農業的主栽作物，更是應對氣候變化和干旱環境的戰略儲備作物，具有重要的育種改良價值。該研究團隊介紹，從育種角度看，作物種質資源含有多種優異基因，對種質資源基因組變異的系統性認識和表型性狀的精準鑒定，有利于其中優異基因的發掘和利用。由此，研究團隊在對谷子野生種（狗尾草）、農家品種和現代育成品種等1844份核心種質資源群體結構進行解析的基礎上，從頭組裝了110個谷子和狗尾草高質量基因組，繪制了首個狗尾草屬基因組變異圖譜，認識了谷子資源變異的基本情況，系統解析了谷子馴化和改良過程中的基因組變異。

　　同時，該團隊歷時10年，在13個地理環境下對680份資源進行了68個性狀的表型調查，形成了226組群體表型數據和表型組數據庫；將基因組變異和表型數據關聯，發掘出1084個與表型顯著關聯的重要性狀相關位點。此外，團隊還建立了基于谷子圖基因組的最優預測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，使谷子表型預測精度最高提升12.6%。

　　本研究為谷子模式植物體系發展等基礎研究和資源利用提供了重要數據基礎，也為作物種質資源挖掘利用提供了重要參考。中國科學院院士李家洋等專家認為，該研究成果通過高質量圖基因組等前沿技術的應用，快速有效完成了種質資源規模化挖掘利用，進一步解析和利用好該研究獲取的大量重要基因組位點，將有助于谷子遺傳和育種研究水平的大幅提升。該研究的思路和方法對其他作物研究有重要借鑒價值，對提高我國作物種質資源的有效利用，保障國家糧食安全意義重大。