6月8日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所特色農(nóng)作物優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用團(tuán)隊，通過對谷子種質(zhì)資源的基因組變異和群體結(jié)構(gòu)分析，組裝了谷子第一個高質(zhì)量圖基因組，系統(tǒng)闡明了谷子起源及馴化改良的過程，為“谷子起源于中國”的單起源假說提供了群體遺傳學(xué)證據(jù)；對谷子及其野生種青狗尾草的1844份核心種質(zhì)資源進(jìn)行深入分析，發(fā)掘了1084個重要性狀相關(guān)位點和基因，創(chuàng)制了谷子圖基因組精準(zhǔn)高效育種方法，為培育突破性品種提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)路徑。相關(guān)成果發(fā)表在《自然·遺傳學(xué)（Nature Genetics）》上。 　　谷子是我國起源的古老作物，隸屬禾本科狗尾草屬，至今仍是旱作農(nóng)業(yè)的主栽作物，更是應(yīng)對氣候變化和干旱環(huán)境的戰(zhàn)略儲備作物。其籽粒小米營養(yǎng)價值高，深受人們喜愛。由于谷子屬于碳四（C4）光合作物和易于實驗室操作等特點，其作為功能基因研究的模式植物近年來也備受國際關(guān)注。作物種質(zhì)資源是優(yōu)異基因的載體，對種質(zhì)資源基因組變異的系統(tǒng)性認(rèn)識和表型性狀的精準(zhǔn)鑒定有利于其中優(yōu)異基因的發(fā)掘和利用。 　　研究團(tuán)隊在對谷子野生種、農(nóng)家品種和現(xiàn)代育成品種等1844份核心種質(zhì)資源群體結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)解析，從群體遺傳角度證實谷子單起源假說--全世界的谷子均來自中國。本研究從頭組裝了110個代表性谷子和狗尾草高質(zhì)量基因組，繪制了首個狗尾草屬基因組變異圖譜，構(gòu)建了首個雜糧和C4作物高質(zhì)量圖基因組，認(rèn)識了谷子資源變異的基本情況，系統(tǒng)解析了谷子馴化和改良過程中基因組變異。同時，歷時10年在13個地理環(huán)境下對680份資源進(jìn)行了68個性狀的表型調(diào)查，形成了226組群體表型數(shù)據(jù)和表型組數(shù)據(jù)庫；將基因組變異和表型數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，發(fā)掘出1,084個與表型顯著關(guān)聯(lián)的重要性狀相關(guān)位點，如控制產(chǎn)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(yōu)預(yù)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(yù)測精度最高提升12.6%。本研究構(gòu)建的谷子基因組變異圖譜、多環(huán)境多性狀表型組、以及批量發(fā)掘的重要性狀控制位點和基因，為谷子模式植物體系發(fā)展等基礎(chǔ)研究和資源利用提供了重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也為作物種質(zhì)資源挖掘利用提供了重要參考。 　　本研究得到多位院士的高度評價。 　　中國科學(xué)院李家洋院士指出，本研究發(fā)現(xiàn)圖基因組對功能基因發(fā)掘有其獨特意義，這對未來育種應(yīng)用有特殊的重要性。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。 　　中國工程院院士劉旭表示，該研究探索了利用現(xiàn)有資源提高谷子產(chǎn)量及品質(zhì)的基因組選擇方法。相關(guān)研究結(jié)果加深了我們對種質(zhì)資源的認(rèn)識和理解，將對谷子生物學(xué)基礎(chǔ)研究及資源系統(tǒng)利用起到重要促進(jìn)作用。 　　中國科學(xué)院韓斌院士認(rèn)為，該研究不僅是谷子也是作物領(lǐng)域中“泛基因組-數(shù)量遺傳-育種”的經(jīng)典之作，對未來作物遺傳改良具有重要指導(dǎo)意義。 　　中國工程院院士萬建民認(rèn)為，該研究發(fā)掘的持續(xù)選擇基因和性狀關(guān)聯(lián)位點對谷子重要性狀遺傳解析及標(biāo)記輔助育種至關(guān)重要。同時，在多作物平行馴化越來越明晰的情況下，相關(guān)研究結(jié)果也對其他作物重要性狀的遺傳解析提供了重要參考。 　　中國科學(xué)院錢前院士認(rèn)為，該工作成功破解了谷子基因資源的“天書”，讓我們更清晰看到基因組結(jié)果變異對基因發(fā)掘的重要性，使我國保持了谷子基礎(chǔ)和育種研究的國際領(lǐng)先地位。 　　作科所刁現(xiàn)民研究員、紐約大學(xué)基因組學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)研究中心Michael Purugganan教授和作科所賈冠清研究員為該論文共同通訊作者。作科所博士后賀強、副研究員湯沙，研究員智慧，以及中科院動物所陳金鋒研究員為該論文共同第一作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國家自然科學(xué)基金和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項目資助。 　　原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41588-023-01423-w