广东
在土地盐渍化日益加剧的背景下，如何从野生植物中发掘耐盐基因资源，助力作物改良，已成为重要的科学问题。二倍体刺田菁（Sesbania bispinosa）是豆科一年生植物，广泛分布于热带亚热带地区。相比以往耐盐研究集中于模式植物或栽培种，田菁作为野生豆科植物展现出独特的演化适应路径，成为探索耐盐分子机制的理想材料。
2025年5月29日，中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风院士团队在Advanced Science学术期刊发表题为Genomic Variation Underpins Genetic Divergence and Differing Salt Resilience in Sesbania bispinosa的研究论文。该研究构建了耐盐型和敏盐型刺田菁高质量参考基因组，解析了二倍体刺田菁自然群体演化规律，发现了大尺度倒位变异导致了群体分化，从而演化获得耐盐性状，这项研究为豆科饲草和作物的抗逆分子育种提供了理论基础和基因资源。
研究团队从中国热带和亚热带地区收集了刺田菁自然群体资源，建立了标准化的苗期耐盐筛选体系。结果发现，材料间表现出显著的耐盐分化。研究团队通过构建极耐盐的SbTA02与极敏感的SbSA44参考基因组，发现了两个大尺度的染色体倒位事件，尤其是位于第5号染色体中部的倒位，与着丝粒及其周边区域重叠。这一区域呈现出明显的重组抑制效应，导致形成遗传隔离的单倍型结构。群体分析发现，该倒位在群体中呈地理分布差异：来自沿海的材料以SbTA02型倒位为主，表现出较强的耐盐性；而来自内陆的材料多为SbSA44型，耐盐性较弱。显然，这一倒位可能通过抑制重组、固化单倍型，在刺田菁的地理扩散与适应演化中发挥了重要作用。
为了进一步解析刺田菁耐盐相关的功能基因，研究团队开展了全基因组关联分析，在倒位区间临近区域定位到花青素合酶基因。该基因在耐盐材料中呈高表达状态，且其下游产物花青素在根部积累水平显著高于敏感材料，增强了植株的抗氧化能力和耐盐性。转基因实验证明，将该基因转化至大豆后提升了耐盐性，验证了该基因功能的保守性与应用潜力。刺田菁耐盐材料中花青素合成是“常开”型的，这种“预防式防御”正是刺田菁演化适应沿海盐碱环境的结果。
刺田菁基因组与群体演化研究揭示植物耐盐适应的遗传密码
综上所述，该研究系统解析了刺田菁在适应盐碱环境过程中的基因组结构变异与功能变异协同演化的分子基础，揭示了染色体倒位在野生植物自然群体结构维持与性状分化中的双重角色，并在调控区变异层面上定位到与耐盐性状关联的关键基因位点，为未来培育耐盐作物提供了基因位点和可利用的天然资源。
中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风院士、邓娴青年研究员、黄盖副研究员以及中国热带农业科学院刘国道研究员为论文的通讯作者，黄盖、王晓飞、刘成立、何凯旋为论文的共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、中国科学院战略先导专项、黑龙江省现代农业省实验室、海南省种业实验室、国家自然科学基金、国家现代农业产业技术体系、北京首农食品集团有限公司以及中国科学院等项目的资助。
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