6月17日，《自然》在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所領(lǐng)銜的一項國際合作研究成果?？蒲腥藛T引進和利用20世紀(jì)初收集的來自世界30多個國家的小麥種質(zhì)資源，綜合運用基因組學(xué)、遺傳學(xué)、生物信息學(xué)和分子生物學(xué)，量化并驗證了當(dāng)前小麥育種中未被利用的大量的優(yōu)異變異。該研究打通了小麥從基因組解碼到育種設(shè)計的全鏈條貫穿體系，為全球小麥基礎(chǔ)科研和育種產(chǎn)業(yè)應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。
Watkins小麥。中國農(nóng)科院供圖
小麥?zhǔn)亲钪饕娜蛐约Z食作物之一，是人類獲取能量和營養(yǎng)的重要來源。追溯作物進化和馴化過程中已形成的遺傳和表型多樣性，解碼和發(fā)現(xiàn)小麥優(yōu)異性狀和變異，連接目標(biāo)遺傳位點和育種田間表現(xiàn)的橋梁，構(gòu)建小麥全基因組設(shè)計育種所必需的源頭數(shù)據(jù)資源和平臺技術(shù)工具，是突破小麥育種障礙，培育新一代高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥品種的必然之路。
Watkins小麥在中國的穗性狀和籽粒性狀多樣性。中國農(nóng)科院供圖
基因組所研究員程時鋒團隊先后從英國約翰·英納斯中心引進了數(shù)千份優(yōu)異的小麥核心種質(zhì)資源（Watkin小麥），其中包含百年前收集于歐洲、亞洲和非洲32個國家的827份地方品種。
研究團隊綜合利用基因組學(xué)、遺傳學(xué)、生物信息學(xué)和分子生物學(xué)等前沿技術(shù)手段，找回了現(xiàn)代小麥品種丟失的遺傳多樣性寶庫，并驗證其功能和育種價值。研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代小麥品種經(jīng)過長期的人工定向選擇，僅來自于7個祖先群中的2個，67%以上的遺傳多樣性丟失。這表明現(xiàn)代核心小麥資源遺傳背景狹窄，品種單一，選育品種同質(zhì)化嚴(yán)重，現(xiàn)代小麥育種的遺傳增益的潛能極其有限，難以應(yīng)對未來人口持續(xù)增長和極端氣候不斷變化的影響。
程時鋒團隊的研究系統(tǒng)驗證了大量未被利用的優(yōu)異變異的功能和育種價值，并挖掘到調(diào)控小麥高產(chǎn)、氮高效利用、適應(yīng)性和營養(yǎng)品質(zhì)的數(shù)千個關(guān)鍵遺傳位點，開發(fā)了大數(shù)據(jù)資源和技術(shù)工具。他們提出了小麥全基因組設(shè)計育種的4D策略（Decode解碼，Discover發(fā)現(xiàn)，Design設(shè)計，Deliver實現(xiàn)），為真正實現(xiàn)小麥從基因組到育種（G2B，Genomics to Breeding）的全鏈條貫通提供了系統(tǒng)解決方案。
論文評審人認(rèn)為，該研究成果是全球小麥科學(xué)研究工作的一個里程碑，將大大促進小麥甚至整個作物科學(xué)領(lǐng)域的基因組設(shè)計育種的步伐。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07682-9
