作科所构建首个黍稷高质量泛基因组
2023年12月1日，中国农业科学院作物科学研究所特色农作物优异种质资源发掘与创新利用团队构建了黍稷（也称糜子、黍子、大黄米）第一个高质量泛基因组和遗传变异图谱，系统性解析了黍稷品种资源的群体结构、起源演化历史与基因组驯化特征。研究为证实黍稷是中国单起源的作物，并通过我国西北地区传入中亚和欧洲，在分子水平上提供了有力证据。研究还发掘了139个黍稷重要农艺性状相关位点和基因，为未来黍稷分子育种和培育突破性品种提供了理论基础和技术路径。相关成果发表于《自然·遗传学（Nature Genetics）》。
黍稷是我国最早驯化的主要作物之一。然而，随着水稻、小麦和玉米等主粮作物的兴起，黍稷逐渐成非主要农作物，主要种植于亚洲和欧洲的半干旱地区。近年来，随着气候环境的变化和农业可持续性与粮食安全的关注，黍稷因其生长周期短、根系营养吸收能力强、需水量少、适应盐碱胁迫环境等特点而受到广泛关注。然而，目前仍缺乏对黍稷品种资源群体遗传结构、基因组变异、驯化和育种相关功能基因等系统性基础研究，制约了黍稷育种和产业发展。
研究团队历经十年，在对全球来源的516份黍稷核心种质资源群体结构进行解析的基础上，从头组装了32份高质量基因组，系统解析了黍稷驯化和改良过程中基因组变异，并构建了首个黍稷泛基因组和迄今最为全面的高质量基因组变异图谱。通过基因组变异特征及群体遗传结构分析，明确了黍稷是中国单一起源的作物并阐明了其传播途径。研究团队连续两年，在14个环境下对该516份核心种质的43个重要农艺性状进行精准鉴定，形成了包含903套数据的大规模表型数据库。将基因组变异和表型数据关联，发掘出139个与黍稷表型显著关联的重要性状相关位点和524个黍稷驯化育种的选择信号。该研究同时对多个环境和性状进行了表型组分析，批量发掘了控制重要性状的控制位点和基因，形成了一个黍稷分子育种的平台。这些成果为黍稷等禾谷类杂粮作物的基础研究和资源利用提供了重要的数据基础，也为作物种质资源挖掘和利用提供了重要的参考。
黍稷大规模种质及基因资源挖掘利用
中国科学院院士钱前、中国工程院院士张献龙等专家对该成果做出了高度评价。专家一致认为，该研究通过应用高质量泛基因组等前沿技术，首次从分子水平证明了黍稷是中国起源作物，并构建了黍稷的重要种质及基因资源快速挖掘平台，为进一步提高我国作物种质资源的有效利用提供了新的思路和方法。这将有助于保障国家粮食安全，提高我国农业竞争力。
作科所刁现民研究员、中国科学院动物所陈金锋研究员和作科所汤沙副研究员为该论文共同通讯作者。动物所陈金锋研究员、动物所博士后刘阳、作科所刘敏轩副研究员、动物所博士生郭文磊、河北农林科学院棉花所王永强研究员、作科所贺强研究员为该论文共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家谷子高粱现代农业产业技术体系等项目的资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41588-023-01571-z
