中國農業科學院作物科學研究所進行谷子種質資源規模化挖掘利用等研究的試驗田。中國農業科學院作物科學研究所供圖
6月10日，記者從中國農業科學院獲悉，該院作物科學研究所的一篇研究論文8日登上國際期刊《自然·遺傳學》雜志。該成果破解谷子高質量圖基因組“天書”，力證全世界的谷子均來自中國。
“歷時10年，我們對谷子及其野生種青狗尾草的1844份核心種質資源進行深入分析，發掘了1084個重要性狀相關位點和基因，繪制了谷子首個高質量圖基因組。”論文通訊作者、中國農業科學院作物科學研究所研究員刁現民告訴科技日報記者，基于高覆蓋深度測序，研究厘清了谷子野生種、農家品種和現代育成品種的群體結構、分類和衍化關系，闡明了谷子起源及馴化改良的過程；這些群體遺傳學證據清楚表明谷子是單起源，即全世界的谷子均來自中國。
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谷子是起源自我國的古老作物，隸屬禾本科狗尾草屬，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。其籽粒為小米，營養價值高，深受人們喜愛。
“我國是谷子的起源國，也保存著全世界最多的谷子資源。”中國工程院院士劉旭認為，本研究明確了谷子野生種、農家品種和現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，從遺傳學上肯定了谷子單起源中心，即中國起源中心的理論，是利用新技術進行資源研究的典型代表。
為了破解圖基因組“天書”，研究團隊在對谷子野生種、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，構建了首個雜糧和碳四（C4）作物高質量圖基因組。
“《自然·遺傳學》發表的谷子圖泛基因組研究，是雜糧領域第一個高質量圖泛基因組。這一工作不僅是谷子研究的又一次‘里程碑’式工作，也是對‘小作物—大作為’的最好詮釋，并將對其他作物研究起重要推動作用。”中國科學院院士李家洋表示。
作物種質資源是優異基因的載體，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。研究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并使谷子表型預測精度最高提升12.6%。
中國科學院院士錢前表示，本研究讓人們更清晰地看到了基因組結構變異在發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據基礎，全面提升了谷子的育種水平和產量品質潛力，使我國保持了谷子基礎研究和育種研究的國際領先地位。
“這些持續選擇基因和性狀關聯位點對谷子重要性狀遺傳解析及標記輔助育種至關重要。同時，在多作物平行馴化越來越明晰的情況下，相關研究結果也對其他作物重要性狀的遺傳解析提供了重要參考。”中國工程院院士萬建民表示。
據悉，主要承擔這項研究的是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。刁現民、紐約大學基因組學和系統生物學研究中心教授邁克爾·普魯加南（MichaelPurugganan）和中國農業科學院作科所研究員賈冠清為該論文共同通訊作者。
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