小米是我國北方日常飲食中的重要糧食之一，產出小米的植物叫“谷子”。作為世界上最古老的馴化作物之一，在高投入（水利、化肥）農業生產系統到來之前，谷子在農耕文化中長期占據主糧地位。
近年來，隨著人類對氣候環境變化、農業可持續性和糧食安全的深入思考，谷子因耐干旱、耐瘠薄、C4高光效、環境適應性強和養分利用效率高等顯著特征，再次引起越來越多的關注，正被迅速發展為C4光合和禾谷類作物耐逆及營養高效研究的模式作物。
我國谷子育成品種在全球領先 中國農科院供圖
(資料圖片)
雖然科學家經過研究已證實谷子是從狗尾巴草馴化而來，但其馴化改良的過程一直成謎，而這也制約了C4光合模式植物體系和谷子遺傳育種的發展。現在，這個謎題終于有了答案。中國農業科學院作物科學研究所刁現民團隊經過數十年研究，組裝了谷子第一個高質量圖基因組，繪制了首個狗尾草屬變異圖譜，系統闡明了谷子起源及馴化改良的過程。這一成果于北京時間6月8日發表在國際權威期刊《自然·遺傳學》上。
利用現代分子學生物技術，研究團隊在對谷子野生種、農家品種和現代育成品種等1844份核心種質資源群體結構進行解析的基礎上，從頭組裝了110個谷子和狗尾草高質量基因組，繪制了首個狗尾草屬基因組變異圖譜，構建了首個雜糧和C4作物高質量圖基因組，認識了谷子資源變異的基本情況，系統解析了谷子馴化和改良過程中基因組變異。
谷子群體遺傳特征分析 中國農科院供圖
同時，團隊還歷時10年，在13個地理環境下，對680份資源進行了68個性狀的表型調查，形成了226組群體表型數據和表型組數據庫；將基因組變異和表型數據關聯，發掘出1,084個與表型顯著關聯的重要性狀相關位點，如控制產量性狀的SiGW3等。此外，研究還建立了基于谷子圖基因組的最優預測模型和全基因組選擇育種方法，該方法可加速作物遺傳研究并使谷子表型預測精度最高提升12.6%。
谷子馴化、改良過程中基因組變異遺傳特征解析 中國農科院供圖
研究構建的谷子基因組變異圖譜、多環境多性狀表型組、以及批量發掘的重要性狀控制位點和基因，為谷子模式植物體系發展等基礎研究和資源利用提供了重要數據基礎，也為作物種質資源挖掘利用提供了重要參考。
我國積累了世界上最豐富的谷子資源 中國農科院供圖
論文通訊作者、作科所研究員刁現民表示，基于高覆蓋深度測序，理清了谷子野生種、農家品種和現代育成品種的群體結構、分類和衍化關系，認識到谷子和水稻有著類似的基因組變異水平；群體遺傳學證據清楚表明谷子單起源，全世界的谷子均來自中國。
中國工程院院士劉旭表示，我國是谷子的起源國，也保存有全世界最多的谷子資源，但系統深入的研究缺乏，限制了其遺傳育種水平的提升。該研究清晰了谷子野生種、農家品種和現代育成品種三類資源的基因組變異本底，了解了三類資源的亞群分類和地理分布及其演化的可能過程，從遺傳學上肯定了谷子單起源中心，即中國起源中心的理論，是利用新技術進行資源研究的典型代表。
中國科學院院士李家洋表示，此次發表的谷子圖基因組研究，是雜糧領域第一個高質量圖基因組。這一工作不僅是谷子研究的又一次“里程碑”式工作，也是對“小作物-大作為”的最好詮釋，并將對其他作物研究具有重要推動作用。
中國科學院院士錢前表示，該研究更清晰地看到了基因組結構變異對發掘基因功能的重要性，為谷子模式植物體系提供了基因組和表型數據基礎，全面提升谷子的育種水平和產量品質潛力，使我國保持谷子基礎和育種研究的國際領先地位。
該研究得到國家重點研發計劃、國家現代農業產業技術體系、國家自然科學基金和中國農業科學院創新工程等項目資助。（光明網記者宋雅娟）
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