研究证明全世界谷子均来自中国

图为中国农业科学院作物科学研究所进行谷子种质资源规模化挖掘利用等研究的试验田。中国农业科学院作物科学研究所供图

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科技日报讯 （记者马爱平）6月10日，记者从中国农业科学院获悉，该院作物科学研究所的一篇研究论文8日登上国际期刊《自然·遗传学》杂志。该成果破解谷子高质量图基因组“天书”，力证全世界的谷子均来自中国。

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“历时10年，我们对谷子及其野生种青狗尾草的1844份核心种质资源进行深入分析，发掘了1084个重要性状相关位点和基因，绘制了谷子首个高质量图基因组。”论文通讯作者、中国农业科学院作物科学研究所研究员刁现民告诉科技日报记者，基于高覆盖深度测序，研究厘清了谷子野生种、农家品种和现代育成品种的群体结构、分类和衍化关系，阐明了谷子起源及驯化改良的过程；这些群体遗传学证据清楚表明谷子是单起源，即全世界的谷子均来自中国。

谷子是起源自我国的古老作物，隶属禾本科狗尾草属，至今仍是旱作农业的主栽作物，更是应对气候变化和干旱环境的战略储备作物。其籽粒为小米，营养价值高，深受人们喜爱。

“我国是谷子的起源国，也保存着全世界最多的谷子资源。”中国工程院院士刘旭认为，本研究明确了谷子野生种、农家品种和现代育成品种三类资源的基因组变异本底，介绍了三类资源的亚群分类和地理分布及其演化的可能过程，从遗传学上肯定了谷子单起源中心，即中国起源中心的理论，是利用新技术进行资源研究的典型代表。

为了破解图基因组“天书”，研究团队在对谷子野生种、农家品种和现代育成品种等1844份核心种质资源群体结构进行解析的基础上，从头组装了110个谷子和狗尾草高质量基因组，绘制了首个狗尾草属基因组变异图谱，构建了首个杂粮和碳四（C4）作物高质量图基因组。

“《自然·遗传学》发表的谷子图泛基因组研究，是杂粮领域第一个高质量图泛基因组。这一工作不仅是谷子研究的又一次‘里程碑’式工作，也是对‘小作物—大作为’的最好诠释，并将对其他作物研究起重要推动作用。”中国科学院院士李家洋表示。

作物种质资源是优异基因的载体，对种质资源基因组变异的系统性认识和表型性状的精准鉴定有利于其中优异基因的发掘和利用。研究建立了基于谷子图基因组的最优预测模型和全基因组选择育种方法，该方法可加速作物遗传研究并使谷子表型预测精度最高提升12.6%。

中国科学院院士钱前表示，本研究让人们更清晰地看到了基因组结构变异在发掘基因功能上的重要性，为谷子模式植物体系提供了基因组和表型数据基础，全面提升了谷子的育种水平和产量品质潜力，使我国保持了谷子基础研究和育种研究的国际领先地位。

“这些持续选择基因和性状关联位点对谷子重要性状遗传解析及标记辅助育种至关重要。同时，在多作物平行驯化越来越明晰的情况下，相关研究结果也对其他作物重要性状的遗传解析提供了重要参考。”中国工程院院士万建民表示。

据悉，主要承担这项研究的是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。刁现民、纽约大学基因组学和系统生物学研究中心教授迈克尔·普鲁加南（Michael Purugganan）和中国农业科学院作科所研究员贾冠清为该论文共同通讯作者。