首个黍稷高质量泛基因组来了！里面还藏着这个“秘密”

　　黍稷，也称糜子、黍子、大黄米，是我国最早驯化的主要作物之一。然而，随着水稻、小麦和玉米等主粮作物的兴起，黍稷逐渐成非主要农作物，主要种植于亚洲和欧洲的半干旱地区。

　　近年来，随着气候环境的变化和农业可持续性与粮食安全的关注，黍稷因其生长周期短、根系营养吸收能力强、需水量少、适应盐碱胁迫环境等特点而受到广泛关注。然而，目前仍缺乏对黍稷品种资源群体遗传结构、基因组变异、驯化和育种相关功能基因等系统性基础研究，制约了黍稷育种和产业发展。

　　12月1日，记者从中国农业科学院作物科学研究所获悉，该所刁现民研究团队构建了黍稷第一个高质量泛基因组和遗传变异图谱，系统性解析了黍稷品种资源的群体结构、起源演化历史与基因组驯化特征。研究在分子水平上为证实黍稷是中国单起源的作物，并通过我国西北地区传入中亚和欧洲提供了有力证据。研究还发掘了139个黍稷重要农艺性状相关位点和基因，为未来黍稷分子育种和培育突破性品种提供了理论基础和技术路径。相关成果发表于《自然·遗传学（Nature Genetics）》。

　　构建首个黍稷泛基因组和迄今最全面的高质量基因组变异图谱

　　中国农业科学院作物科学研究所研究员刁现民介绍，研究团队在对全球来源的516份黍稷核心种质资源群体结构进行解析的基础上，从头组装了32份高质量基因组，系统解析了黍稷驯化和改良过程中基因组变异，并构建了首个黍稷泛基因组和迄今最为全面的高质量基因组变异图谱。

　　刁现民告诉记者，连续两年，团队在14个环境下对该516份核心种质的43个重要农艺性状进行精准鉴定，形成了包含903套数据的大规模表型数据库。将基因组变异和表型数据关联，发掘出139个与黍稷表型显著关联的重要性状相关位点和524个黍稷驯化育种的选择信号。团队同时对多个环境和性状进行了表型组分析，批量发掘了控制重要性状的控制位点和基因，形成了一个黍稷分子育种的平台。这些成果为黍稷等禾谷类杂粮作物的基础研究和资源利用提供了重要的数据基础，也为作物种质资源挖掘和利用提供了重要的参考。

　　证实黍稷单起源于中国，并通过我国西北地区传入中亚和欧洲

　　研究团队通过对516份黍稷种质资源的深度重测序研究，对其起源与进化进行了全面的群体遗传学分析，明确了黍稷是中国单一起源的作物并阐明了其传播途径。

　　刁现民告诉记者，经过对比分析，他们认为黍稷群体结构可分为四个主要类群：C1为我国东部/东北平原、C2中亚/欧洲、C3我国西北高原（主要产区）和W野生类群。他们发现中亚/欧洲群的材料与甘肃和新疆栽培品种的遗传结构相似，证实了黍稷的单起源理论，并为黍稷经由河西走廊并经由我国新疆传播至中亚与欧洲提供了理论基础。

　　“如果说野生的和栽培的混到一块儿，那现在的栽培种有可能是多起源的。目前看来，野生种跟三类栽培种明显分开，说明黍稷从野生到栽培就一次过渡。那就证明它是单起源的。”刁现民解释说，“而且我们国家黄土高原一带的品种，也就是C3类和野生的黍子很接近，这就说明黍稷最早起源在我们国家的黄土高原，向东传播至我们的华北、东北地区；向西传播，经过新疆到达了欧洲。野生种驯化为C3类型，进而形成C2和C1类型，分化顺序和传播路径都清楚了。”

　　为未来生物育种奠定理论基础

　　栽培黍稷具有生育期短、抗旱、耐瘠薄、适应性广等突出特性，是我国旱作农业的代表性农作物，在治理荒漠、开垦荒地中是先锋作物，因生育期短，也是众所周知的作救灾作物。

　　“近年来，干旱加重和气候变暖加速，大家开始关心农业持续性和粮食安全，黍稷又成了热点”，中国科学院院士钱前认为该成果为黍稷的基因组研究奠定了坚实的基础，并为后续的抗性改良等分子育种工作提供了重要的参考；同时，这也为进一步推动黍稷这一重要谷物资源的利用和研究带来了新的机遇，并为推动农业可持续发展和粮食安全做出更大的贡献。

　　中国工程院院士张献龙认为，该研究通过应用高质量泛基因组等前沿技术，首次从分子水平证明了黍稷是中国起源作物，并构建了黍稷的重要种质及基因资源快速挖掘平台。“这些研究成果为黍稷未来的生物育种奠定了坚实的理论基础，同时也为其他作物种质资源研究和育种研究提供了宝贵的参考。”（光明网记者宋雅娟 肖春芳）