人民網成都3月3日電 北京時間3月3日，四川農業大學草業科技學院黃琳凱教授團隊在國際權威學術期刊《自然遺傳學》在線發表了題為《美洲狼尾草泛基因組構建、結構變異挖掘及耐熱機制解析》的研究成果。

該研究構建了首個美洲狼尾草圖形泛基因組，也是全球首個牧草領域圖形泛基因組，將為牧草基因資源挖掘及育種提供重要資源。該研究還揭示了狼尾草耐熱的分子機制，將為相關物種如玉米、小麥和水稻的耐熱研究提供重要信息，並將在保障糧食安全、應對全球氣候變暖等方面發揮重要作用。

一棵小草關系國家糧食安全

據了解，美洲狼尾草，又名珍珠粟，全球種植面積達3100萬公頃。在我國，它是重要的飼草，是草食家畜和食草淡水魚類的優質飼料和青料。其作為親本的雜交狼尾草，目前在南方各省普遍種植，是單產最高的多年生牧草之一。在非洲、印度等熱帶干旱地區，美洲狼尾草是重要的雜糧作物。

美洲狼尾草。四川農業大學供圖

如何用科技引領牧草產業發展，是黃琳凱教授團隊長期研究的領域。由於牧草基因組大、重復序列及雜合度都較高，增加了基因組序列構建的難度。2019年，該團隊首次公布了鴨茅的高質量參考基因組，是我國公布的首個牧草參考基因組。隨著研究的深入以及技術的進步，構建高質量的圖形泛基因組成為團隊的重要目標。

“與參考基因組相比，圖形泛基因組包含的遺傳信息更全面，通過發掘結構變異，能夠更好地解析植物表型和農藝性狀的不同，為下一步育種奠定重要的研究基礎。”黃琳凱教授介紹。

美洲狼尾草高質量基因組組裝和泛基因組分析。四川農業大學供圖

通過聯合國內外多家單位，本次研究從全球8個地區收集的394份美洲狼尾草核心種質中選取10份代表性材料，利用Pacbio HiFi等技術進行基因組從頭組裝，獲得了高質量的基因組組裝序列，結合一個已報道的基因組構建了首個美洲狼尾草圖形泛基因組，發掘到424085個結構變異。基於泛基因組圖譜進行的全基因組關聯分析，發現了143個重要農藝性狀相關聯的變異位點，並挖掘到與產量性狀相關的候選基因446個。

“有了這些成果，我們就可以加速攻關牧草業各環節的核心技術，培育突破性牧草優良品種，助力提升優質安全食物的供給保障能力，避免‘人畜爭糧’，為保衛國家糧食安全貢獻草業人的力量。”黃琳凱教授如是說。

耐熱基因助力應對全球變暖

據了解，當前，全球氣候變暖已成為限制農作物產量的重要因素，嚴重威脅世界糧食安全。解析植物的耐熱機制，從而改良植物耐熱性，培育耐高溫的農作物是目前最重要的育種目標之一。

RWP-RK基因家族的擴張有助於美洲狼尾草耐熱性的形成。四川農業大學供圖

起源於非洲的美洲狼尾草，能夠適應極端高溫的氣候，是研究植物耐熱機制的優良材料。本次研究通過對水稻、玉米、高粱等多個物種進行比較基因組學分析，發現美洲狼尾草中擴張的RWP-RK轉錄因子家族和內質網相關基因協同參與耐熱性調控，挖掘並驗証到關鍵結構變異和調控候選基因3個，其中基因PMF0G00024.1（RWP-RK）在水稻中過表達也顯著提高了耐熱性，將為分子育種提供重要靶點。（王波、張喆）

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