为摸清“早熟还稳产”密码，他们复盘了我国大麦80余年育种史

  一杯啤酒的原料表上，大麦通常排在前几位。畜禽饲料的配方里也有它，到了青藏高原，它就是青稞，是当地人的口粮。但我国大麦长期面临较高的进口依赖。

  为了提高耕地复种指数，在我国，大麦常与小麦一起，与后茬的水稻等作物搭配构建一年两熟种植制度。不过这套种植模式茬口短、两季衔接紧张，还容易受到极端气候侵扰。选育早熟品种虽然能够缓解农时冲突，却常常出现植株生物量不足、产量下滑的难题。如何实现早熟和稳产协同，是麦类育种亟待攻克的现实挑战。

  11月5日，中国农业科学院作物科学研究所、作物基因资源与育种全国重点实验室杨平研究员领衔的科研团队联合国内外科研单位，解析了中国大麦80余年育种史的遗传本底和育种选择变迁，揭示了一年两熟地区秋播大麦早熟与稳产协同的遗传基础。相关研究成果发表在《自然（Nature）》上。

  八十年育种史，绘成一张图谱

  研究团队历时十年，对覆盖20世纪40年代以来中国主栽品种及部分国外品种的532份代表性大麦品种进行全基因组重测序，并结合多年多点田间表型鉴定，绘制了我国大麦“育种选择图谱”。

  研究发现，20世纪中叶以来我国引进的欧洲高产、优质啤酒大麦不断和本土化大麦融合及适应性改良，最终形成了兼顾丰产潜力与本土环境适应性的种质群体，奠定了我国现代啤酒大麦和饲料大麦的遗传基础。

  “油门”配“刹车”，揭开早熟稳产的分子奥秘

  那么，到底是什么基因在调控“既要早成熟，又要多打粮”？团队锁定了一个一因多效的关键遗传位点，它掌管抽穗、成熟、株高、产量多个性状，由两个核心基因搭档完成调控：光敏色素基因PhyC与春化基因VRN‑H1。

  PhyC + vrn-H1导致早熟稳产的作用机制

  其中，PhyC发生一个单碱基变异，诞生出变异基因PhyC‑e，它就像开花的“油门”：在长日照环境下，能够催促植株加速开花。

  但光踩油门会出问题：如果在春性遗传背景下单独拥有PhyC‑e，大麦会过早开花，营养生长时间不足，植株还没攒够养分就转向生殖生长，最后早熟却低产。

  而冬性的vrn‑H1基因，则是这套系统的“刹车”：它必须经历冬天的低温春化，才会启动表达。

  当PhyC‑e（油门）和冬性vrn‑H1（刹车）紧密连锁组合在一起，精妙的调控就发生了：越冬阶段，“刹车”发挥作用，阻止大麦急急忙忙开花，保障冬天有充足时间长叶子、攒养分；等到春天日照变长，“油门”启动，快速推动开花进程，让大麦赶在初夏高温、雨季到来之前顺利成熟。

  一踩一刹之间，完美实现早熟不减产。

  值得注意的是，这套基因模块形成的优良表型，很早就在育种中受到持续人工选择并被育种家筛选应用。20世纪90年代后，携带该模块的大麦品种，已成为我国长江中下游地区秋播大麦主播品种，而本次研究终于破译了它背后的分子机理。

  不止大麦！为小麦早熟抗逆育种找到新靶点

  找到了大麦的优良基因模块，能不能把这份智慧迁移到其他粮食作物？科研人员利用单碱基编辑技术开展跨物种验证。

  首先在大麦上，把普通PhyC精准突变为PhyC‑e，复现了早熟稳产的性状，坐实基因功能。

  接着，对冬性小麦的同源PhyC基因做同样编辑。果不其然，惊喜出现，小麦也实现了熟期提前，同时产量没有下降。这意味着，这个基因靶点可以直接用于小麦育种，助力培育适应一年两熟制度、气候韧性更强的早熟小麦新品种。

  有意思的是，同样的编辑手法用到水稻身上，反而让水稻开花推迟。这说明这套“油门—刹车”调控通路，在麦类作物中功能保守，但在水稻中已经演化出不一样的作用模式。

  这项研究厘清了中国大麦八十多年育种的遗传演化脉络，解析了适配我国耕作制度的核心遗传机制。不仅为大麦的自主育种提供宝贵的基因资源，更为小麦的遗传改良开辟新路径，对提升复耕地区农业抗风险能力、保障区域粮食安全具有很高的现实价值。

  作者：宋雅娟（光明网记者）

  科学审核：中国农业科学院作物科学研究所杨平研究员