北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院、濰坊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)山東省實驗室、小麥育種全國重點實驗室取得突破性成果——全球首次成功繪制六倍體小麥的端粒到端粒完整基因組圖譜，實現(xiàn)了小麥基因組從“頭”到“尾”無缺口的精確組裝。這一成果標志著小麥基因組研究邁入新階段，為我國主糧作物高水平科技自立自強、牢牢把握糧食安全主動權(quán)提供了重要支撐。相關(guān)研究成果日前發(fā)表於國際學(xué)術(shù)期刊《自然·遺傳學(xué)》。

作為糧倉支柱，小麥產(chǎn)量與質(zhì)量的提升一直是科學(xué)家關(guān)注的焦點。然而，小麥基因組龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且富含高度重復(fù)序列，長期以來阻礙了小麥研究與育種應(yīng)用的深入。

通過高精度測序等前沿技術(shù)並結(jié)合多種算法，研究團隊成功構(gòu)建了六倍體小麥基因組，該基因組總長度達14.51Gb（約145億個鹼基）?！盎蚪M就像一條擁有多條染色體的長線。過去，小麥基因組這條長線上有很多缺失的部分，我們在國際上第一次把這整條長線完整連起來，從頭到尾沒有一點缺口地拼裝起來，形成了完整的小麥基因組圖譜。相比以往，這一圖譜在完整性、連續(xù)性和準確性上實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，為功能基因組學(xué)研究奠定了堅實基礎(chǔ)?！北本┐髮W(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院院長、首席科學(xué)家鄧興旺說。

團隊成員、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院研究員何航說，現(xiàn)代普通小麥是由三個祖先物種雜交形成的六倍體作物。研究團隊利用小麥基因組完整圖譜，揭示了小麥從四倍體演化為六倍體過程中發(fā)生的23處主要染色體片段重排?！斑@些重排在現(xiàn)代小麥中全部保留，且斷點處富含特殊短重復(fù)序列，我們推測對染色體折斷和重新連接發(fā)揮了作用，有助於基因組穩(wěn)定性?！?/p>

“擁有完整的小麥基因組圖譜，猶如手握一份詳細的零件清單?；蚪M裡的復(fù)雜區(qū)域，就像精密儀器中那些構(gòu)造繁雜、功能特殊的零部件。以前，面對這些零部件，我們不知道它們的規(guī)格和裝配方式，只能盲目猜測?，F(xiàn)在，借助這份圖譜，我們能精準識別每個零部件的詳細信息，知曉它們之間的關(guān)聯(lián)，為探究這些復(fù)雜區(qū)域的演變歷程點亮了一盞燈?！焙魏秸f。

“高質(zhì)量基因組圖譜為基因注釋提供了前所未有的精度?！焙魏浇榻B，研究團隊還注釋了14萬多個高置信度蛋白編碼基因，其中包括許多抗病基因，為抗病育種提供了新靶點?！盀榇_保注釋準確性，我們通過蛋白質(zhì)組學(xué)手段驗証了基因結(jié)構(gòu)，進一步提高了注釋可靠性。這份經(jīng)過嚴格校準的基因目錄，將成為功能基因組學(xué)研究的寶貴資源?！?/p>

“這一成果不僅深化了對小麥基因組結(jié)構(gòu)和進化機制的理解，還為解析其他復(fù)雜多倍體作物基因組提供了范例。”鄧興旺表示，未來，依托這一成果，科學(xué)家可以更精準地挖掘與產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病性相關(guān)的關(guān)鍵基因，為小麥品種改良帶來重要突破。（記者晉浩天）

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