中新網成都7月19日電 (記者 賀劭清)北京時間18日23時許，四川農業大學小麥研究所彭遠英教授研究團隊的論文《基于參考基因組揭示六倍體燕麥的起源和進化》在國際知名學術期刊《Nature Genetics》上在線發表。該項研究首次破譯六倍體栽培裸燕麥的基因組，并深入研究了六倍體燕麥的起源與亞基因組進化，繪制出燕麥的“基因密碼圖”。
該項研究將加速栽培燕麥的遺傳改良和分子設計育種，對培育優良燕麥品種、提升燕麥產業競爭力、保障糧食安全將產生重要作用，可進一步滿足新時代人們對營養健康食物的要求。四川農業大學小麥研究所魏育明教授為共同通訊作者。
中國科研人員解碼裸燕麥“中國芯”。 四川農業大學供圖目前，燕麥廣泛分布在五大洲42個國家。世界各國的栽培種以皮燕麥為主，而中國主要種植裸燕麥。裸燕麥加工工藝更加簡單，具有更高的蛋白和粗脂肪含量，且氨基酸組成更加平衡，極具研究價值。
中國作為裸燕麥的起源和種植中心，具有豐富的裸燕麥遺傳多樣性。此次發表的成果正是以中國裸燕麥起源中心的地方裸燕麥品種“三分三”為材料。通過對“三分三”的研究，繪制出了燕麥基因組21對染色體的分子圖譜，注釋出了12萬個蛋白編碼基因。該工作為科研人員解析燕麥基因組進化和馴化提供了高質量的基因組信息和全新視角。
彭遠英表示，有了基因組圖譜，中國裸燕麥的育種和遺傳研究就會進入“快車道”，能根據基因信息來定向培育具有特定性狀、功能的裸燕麥，比如讓其中β-葡聚糖含量更高，幫助食用者通過攝入膳食纖維有效控制膽固醇和糖尿病。
據了解，早在2002年水稻基因組圖譜便已發表，此后玉米、馬鈴薯、大豆、小麥等眾多主要農作物的基因組測序也相繼完成。時隔20年，燕麥的基因組測序結果姍姍來遲，正是因其研究難度極大。
中國科研人員解碼裸燕麥“中國芯”。 四川農業大學供圖現有的栽培燕麥經在漫長進化過程的自然雜交和加倍，從二倍體形成四倍體最終多倍化為含有A、C和D三個基因組的六倍體，它們由約110億個堿基對組成，分布在細胞核3個亞基因組的21對染色體中。其基因組龐大而復雜，體量約為水稻基因組的40倍，且有大約87%的基因組DNA為重復序列，致使其基因組測序組裝研究非常困難。六倍體燕麥參考基因組是迄今為止科學家測序的所有物種中最復雜的基因組之一。
中國科研人員設計了選用可進行更長DNA片段高精確度測序的超長測序技術，并利用近20年的燕麥屬物種研究經驗積累，選擇了栽培燕麥最可能的四倍體和二倍體祖先，結合HiC、二代測序、全長轉錄組測序和轉錄組測序等不同技術手段，最終完成了中國裸燕麥的染色體組裝、掛載和注釋，獲得了裸燕麥的高質量參考基因組。
在獲得的燕麥參考基因組基礎上，中國科研人員還有一些有趣的發現。在進一步選擇了能代表燕麥屬現存所有基因組類型物種，結合水稻、小麥等其它近緣屬種，從全基因組層面解析燕麥在主要禾谷類作物中的進化地位和栽培燕麥的起源及多倍化歷史后，研究發現燕麥屬物種約在800萬年前產生。而在約50萬年前——人類舊石器時代，現在廣泛種植和食用的六倍體栽培燕麥就通過AA基因組二倍體和CCDD基因組四倍體雜交加倍形成了。
“燕麥作為六倍體作物，它在生物量、活力和對環境變化的適應性方面均具有顯著優勢，在應對糧食安全挑戰中可以發揮其獨特作用。”彭遠英表示，深入了解燕麥的進化歷史將極大地促進滲透育種和將性狀從燕麥最接近的現存野生親緣轉移到栽培燕麥，有力推動燕麥優良品種的選育工作。
此外，該研究根據參考基因組序列和注釋信息預測了燕麥皮裸籽粒和抗病等重要性狀相關的關鍵基因位點，體現了參考基因組在重要性狀基因挖掘和燕麥分子育種方面的重要價值。燕麥參考基因組的構建作為燕麥研究邁入基因組時代的第一步，將使燕麥的全基因組選擇育種和精準育種成為可能。“我們現在可以開始考慮如何使用現代育種策略，如基因組編輯等方法，進一步改進和開發特定的燕麥品種，以滿足全球對這種健康食品和優質飼草日益增長的需求。”彭遠英表示。
接下來，該團隊還將結合原有研究優勢，在已有基礎上進一步深入開展燕麥起源、馴化和優異基因資源發掘與利用等研究工作，期望研究結果能進一步推動燕麥的應用基礎研究和育種。(完)