作科所揭示苦荞及其近缘野生种金荞麦性状差异的遗传机制
近日，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从基因组水平揭示了金荞麦和苦荞性状差异的重要原因，对金荞麦的生态类型进行了初步的划分和比较，并开发了与芦丁代谢相关的分子标记，为金荞麦的性状改良和品质育种，以及苦荞和金荞麦种间杂交的分子育种提供了理论依据。6月14日，相关研究成果在《新植物学家（New phytologist）》在线发表。
据周美亮研究员介绍，一年生的苦荞是荞麦属中主要作为粮食作物广泛栽培的，而多年生的金荞麦主要作为药用和饲用，具有抗菌消炎、预防癌症和抗肿瘤的功效，是急支糖浆、金荞麦片、威迈宁等药物的主要成份。金荞麦是苦荞的野生近缘种，也被认为是苦荞遗传改良的重要远缘杂交材料，但二者农艺性状差异较大。例如，与苦荞相比，金荞麦具有籽粒大且芦丁等活性成份更加丰富、地下膨大茎、花期长、耐寒等特点。造成二者分化的遗传机制尚不清楚。为充分挖掘金荞麦的优异基因资源以及加快鉴定苦荞-金荞麦杂交后代优异材料，开展金荞麦和苦荞比较基因组研究十分必要。
研究人员通过与苦荞基因组比较发现，金荞麦基因组大小（1.08G）是苦荞基因组（0.48G）的两倍，这主要是由于重复序列扩增导致。研究发现，金荞麦在3号和4号染色体上存在两段大片段倒位，相关基因与代谢、细胞壁形成、根形态建成等密切相关，推测这可能与金荞麦特有的品质和农艺性状相关。基因组进化分析发现，金荞麦和苦荞在近代发生分化，金荞麦中代谢相关的基因受到了强烈选择。通过对金荞麦的地下膨大茎、根和苦荞的根分别进行代谢组学分析，发现金荞麦中儿茶素、原花青素、芦丁、槲皮素等黄酮类物质含量远高于苦荞，是金荞麦可做药用的重要原因。进一步从基因组层面揭示了金荞麦中黄酮类物质合成相关基因发生了扩增，尤其是FdCHI、FdF3H、FdDFR、FdLAR基因家族。此外，对研究团队过去5年从云贵高原搜集到的34份直立和斜生生态型的二倍体野生金荞麦并进行了性状评价，发现直立生态型的农艺性状优于斜生生态型，而斜生生态型的品质性状优于直立生态型。该研究对这些样本进行了重测序并计算了二者之间的遗传分化系数，挖掘到一系列与品质和农艺性状相关的基因，并开发了分子标记。该研究为金荞麦的性状改良和品质育种，以及苦荞和金荞麦种间杂交的分子育种提供了理论依据。
作科所已出站博士后何铭、博士后何毓琦、副研究员张凯旋、博士生卢翔以及张雪梅博士为该论文第一作者，周美亮研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、欧盟地平线2020项目、国家自然科学基金重点国际合作项目等项目支持。
文章链接：
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.18306
