河南农大科研团队填补作物基因组学研究重要环节 黑麦基因组高质量精细物理图谱构建成果发布

大河网讯（记者 张楠）3月31日，记者从河南农业大学获悉，日前河南农业大学联合高校科研课题组，在国际遗传学主流期刊Nature Genetics上发布了题为“A high-quality genome assembly highlights rye genomic characteristics and agronomically important genes”的研究论文，该成果解决了长期以来悬而未决的黑麦基因组精细物理图谱组装难题，完成了中国栽培种“威宁黑麦”的基因组组装和解析，填补了作物基因组学研究重要环节。

据介绍，该研究论文由河南农业大学农学院植物基因组学和分子育种中心杨建平、王道文研究员，联合河南农业大学农学院杨青华教授课题组、北京大学现代农业研究院邓兴旺院士团队何航研究员课题组、四川农业大学任天恒副教授课题组以及百迈客生物科技公司与中国科学院遗传与发育生物学研究所等团队共同发布，同期杂志也发表了德国莱布尼茨植物遗传与作物研究所Nils Stein教授课题组题为“Chromosome-scale genome assembly provides insights into rye biology, evolution, and agronomic potential” 的研究成果，发布了欧洲栽培黑麦“Lo7”的基因组组装结果，解析了黑麦基因组的演化特征及其抗病、抗冷与自交不亲和等生物学过程的发生与作用机制，揭示了黑麦易位染色体片段对小麦遗传改良的重要作用。

“这些研究成果对黑麦、小黑麦以及小麦遗传改良的基础与应用研究具有重要参考价值和指导作用，同时也为麦类作物育种的源头创新提供了许多新颖的信息资源。”杨建平说。

黑麦（Secale cereale L.）是禾本科小麦族黑麦属的二倍体植物，是大麦和小麦的近缘物种。由黑麦和小麦远缘杂交产生的1BL/1RS易位系，能显著提高小麦的抗病性和产量，为保障我国和世界小麦生产以及粮食安全起到了至关重要的作用。

全球黑麦产量分布图

杨建平表示，高质量的参考基因组序列是生物学功能研究的基础。相对于其他二倍体麦类，黑麦基因组更加复杂。自然情况下黑麦是异交作物，基因组具有很高的杂合度。河南农业大学农学院联合多家单位组建了协同创新研究团队，运用高通量二代测序、PacBio单分子测序、染色质三维构象捕获 (Hi-C)、 单分子光学图谱（Bionano）和高密度遗传图谱等技术，优化多种组装策略，成功构建了威宁黑麦基因组的高质量精细物理图谱。

威宁黑麦基因组的重要特征

比较基因组学分析发现，黑麦基因组结构变异频繁，存在很多特异的染色体重排和大片段易位事件。在威宁黑麦基因组中鉴定到了大量复制基因，为黑麦环境适应性和农艺性状变异提供了遗传多样性基础。协作团队以威宁黑麦高质量参考基因组为基础，鉴定了栽培黑麦全基因组中可能的驯化选择位点，发现ScID1对抽穗期调控和栽培黑麦驯化有重要作用，这些结果对黑麦驯化遗传基础的进一步解析具有指导意义。

黑麦的基因复制及其对SBRG多样性的影响

抽穗期是影响作物适应性和产量的关键农艺性状。杨建平表示，威宁黑麦是一个早花品种，相对于其他品种，其顶端分生组织的发育进程明显较快，其成花素基因ScFT也会提前表达，磷酸化修饰可显著降低ScFT的稳定性和促进植株开花的功能，这些发现为未来进一步改良黑麦的抽穗期、生态适应性以及产量潜力具有指导作用和实用价值。

编辑:张馨予