荞麦研究首次登上Cell：周美亮/刘建全/刘旭等合作构建苦荞泛基因组，填补高海拔作物育种空白

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

鞑靼荞麦（Fagopyrum tataricum），俗称苦荞，是高海拔的喜马拉雅地区的一种营养重要的作物，对当地经济和粮食安全至关重要。然而，与高海拔适应性和产量相关的关键基因和优良等位基因仍不明确，这限制了高海拔地区荞麦品种的育种。

2026 年 8 月 11 日，中国农业科学院作物科学研究所周美亮研究员，兰州大学生命科学学院/四川大学生命科学学院刘建全教授，中国农业科学院作物科学研究所刘旭院士、何毓琦副研究员、张凯旋副研究员及延安大学、西北农林科技大学、澳大利亚默多克大学等机构的研究人员合作，在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Pangenome-guided breeding restores high-altitude adaptation and improves yield in Tartary buckwheat 的研究论文，这也是荞麦相关研究首次登上Cell期刊。

该研究构建了鞑靼荞麦（苦荞）的泛基因组，鉴定了赋予高海拔适应性的野生特有基因FtRNH，以及调控种子大小的FtPLATZ基因结构变异，并通过整合这些优良等位基因，培育出了具有更强高海拔适应性和更高田间产量的荞麦品系。这项研究有助于弥补高海拔作物育种空白，并为提高喜马拉雅地区作物产量提供科学依据。

作为世界海拔最高的地区，喜马拉雅地区面临着严峻的粮食安全挑战。要实现联合国的可持续发展目标（SDG）中“零饥饿”目标，必须加强粮食与营养安全，并推动当地作物的市场化。然而，强烈的紫外线 B（UV-B）辐射和低温环境使得大多数经济价值较高的作物难以生存。在这一地区原产并广泛种植的一种重要作物是鞑靼荞麦（Fagopyrum tataricum），这是一种蓼科荞麦属植物，俗称苦荞。

鞑靼荞麦是一种传统上未被充分利用的作物，通常作为高海拔地区的粮食和饲料作物。由于富含多种生物活性成分，它正逐渐在全球范围内受到关注，这些成分可制成茶饮、营养补充剂或加工成酒类。其富含的黄酮类化合物尤为重要，因其健康益处而受到广泛研究，较高的黄酮含量还能增强植物对紫外线 B 辐射和低温胁迫的抗性。

尽管长期自然选择形成了丰富的遗传资源，但喜马拉雅地区种植的荞麦主要依赖种子小、产量低的传统地方品种；而通过人工选择培育出的大粒低海拔地方品种在一定程度上弥补了这一产量缺陷。然而，包括喜马拉雅地区在内的所有栽培荞麦地方品种，其对高海拔环境的适应能力均弱于同一地区的野生种质。此外，控制种子性状和高海拔适应性的遗传机制尚不明确，这阻碍了高原作物分子育种的进步。

基因组测序技术的最新进展，促进了对鞑靼荞麦农艺性状遗传基础的发现。例如，全基因组重测序和比较基因组学揭示了种质资源中与农艺性状、黄酮类物质含量及环境适应性相关的群体结构和遗传变异。然而，现有数据仍显不足，因为目前的基因组存在大量缺失区域，且仅限于少数地方品种，仅代表总体遗传多样性的很小一部分；此外，短读长测序技术难以准确识别包括基因拷贝数变异（CNV）在内的大尺度结构变异（SV，≥20 bp）。泛基因组为解决这一问题提供了途径，有助于鉴定与农艺性状和环境适应性相关的大规模结构变异，特别是那些在驯化过程中丢失的野生材料中的有益基因或等位基因。因此，整合来自全面种质资源的高质量基因组，构建基于图谱的泛基因组至关重要。

在这项最新研究中，为全面理解鞑靼荞麦表型变异的遗传基础，研究团队报道了鞑靼荞麦的端粒到端粒（T2T）参考基因组，并构建了一个涵盖喜马拉雅地区野生种质和全球分布地方品种的 16 个材料的泛基因组，从中鉴定了 123131 个非冗余结构变异，包括基因存在/缺失以及可变基因拷贝数，而这些变异是农艺性状差异和环境适应能力的基础。

利用这一基于图谱的泛基因组，研究团队揭示了FtRNH这一野生特有基因，其可增强高海拔适应性。该研究还发现，FtPLATZ位点存在拷贝数变异，以及FtPLATZ3启动子区的一个 28 bp 片段插入，两者共同导致野生荞麦和地方品种间种子大小的差异。

利用这些优良的 FtRNH 和 FtPLATZ 等位基因，研究团队培育出具有更强高海拔适应性和更高产量的荞麦品系。这些发现为在作物中通过泛基因组指导挖掘野生等位基因、实现抗逆性与产量提升相结合提供了策略。

该研究的亮点：

• 野生荞麦与地方品种之间的结构变异具有多样性 ；

• 野生种质中 FtRNH 基因的存在与高海拔适应性相关；

• FtPLATZ 基因的结构变异与种子大小变异有关；

• 通过整合优良等位基因培育出理想的高原荞麦品种。

论文链接：

https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(26)00867-6