广东
近日，中国农业大学农学院小麦研究中心团队和中国农业科学院作物科学研究所、澳大利亚莫道克大学等多家单位合作，在《自然》（Nature）期刊上在线发表了题为“Pan-genome bridges wheat structural variations with habitat and breeding”的研究长文。
小麦是全球最重要的粮食作物之一，我国是世界第一大小麦生产国和消费国。建国以来，我国小麦育种取得了显著成效，先后育成国审品种3500余个，单产从建国初期的不足100公斤提高到现在的399公斤，有力支撑了国家粮食安全和人民营养健康。然而，纵观近二十年的育成品种，可以发现我国小麦产量和品质的提升逐步进入瓶颈期。剖析重大品种演变规律、挖掘重要基因资源是突破上述瓶颈的关键。
小麦是异源六倍体，含有A、B、D三个亚基因组，其基因序列冗余特征赋予了小麦基因组很高的韧性和可塑性，能够耐受基因和染色体片段的丢失、重复、倒位、易位等复杂结构变异。该研究从我国育成的3500多个国审小麦品种中筛选出具有代表性的17个品种，组装了染色体水平的高质量基因组，并精准鉴定出近25万个结构变异，发现跨着丝粒区域是小麦品种分化的核心区域；进一步分析发现，中国小麦品种的遗传多样性高于国外品种，可能是由于我国小麦商业化育种发展相对较晚，一定程度上保留了遗传多样性、维持了品种较高的韧性，这为未来作物育种体制的调整提供了参考。
该研究解析不同层次的结构变异对小麦适应性和育种的影响。1B/1R易位系是我国小麦育种的重要种质资源和骨干亲本，黑麦1RS染色体替换1BS后，品种的抗病性和水肥利用效率显著提高。该研究在多个含有1RS的小麦品种中鉴定到了长片段亚端粒序列结构，且长度存在显著差异，表明远缘利用的染色体的亚端粒结构在小麦育种过程中其处于快速进化和调整之中，以更好地在小麦基因组背景中保留和传递。研究发现春化基因VRN-A1所在区间存在长度0.5Mb的大区块拷贝数变异，揭示了该基因的拷贝数变异参与了小麦“春性”与“冬性”的转变和演化。该研究同时还发现不同区域小麦品种籽粒硬度变化的规律，鉴定到小麦籽粒硬度Ha基因的小尺度序列变异可导致编码功能丧失，品种籽粒变硬。在我国近70年人工选择和自然选择双重作用下，西北、华北地区小麦品种含Ha基因突变的频率显著高于东南、西南地区的小麦品种，可能与我国居民“北硬”“南软”的饮食习惯密切相关。
该研究揭示了基因组结构变异对小麦适应性和重大品种形成的影响，成功解读了小麦广泛环境适应性和品种形成背后的“基因密码”，所揭示的丰富结构变异反映了小麦基因组的高度韧性和可塑性。这项研究是近年来作物遗传育种研究与大数据交叉融合攻关的范例，为未来小麦的基因组学辅助改良育种提供了宝贵的基因资源信息，为培育更优质的小麦品种奠定了坚实基础。
该研究由中国农业大学农学院小麦研究中心团队同中国农业科学院作物科学研究所、澳大利亚莫道克大学等多家单位合作完成。中国农业科学院作物科学研究所博士研究生焦成智、中国农业大学小麦研究中心博士生谢小明、中国农业科学院作物科学研究所郝晨阳研究员和天津极智生物科技有限公司陈力扬为论文共同第一作者；中国农业科学院作物科学研究所张学勇研究员、中国农业大学小麦研究中心郭伟龙教授和Rajeev K. Varshney教授为论文的共同通讯作者。我校农学院小麦研究中心王梓豪博士、研究生张雨琪参与了该研究。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助；其中的数据计算也得到了中国农业大学校级高性能计算平台的支持。
来源：中国农大新闻网
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