燕麥作為全球重要的糧飼兼用型作物，在保障食品安全和緩解畜牧業(yè)飼料短缺等問題方面扮演著至關(guān)重要的角色。然而，燕麥的基因組極為復(fù)雜，導(dǎo)致對其基因組的解析極具挑戰(zhàn)性。同時，在長期的人工馴化和遺傳改良過程中，栽培作物丟失了大量遺傳信息，尤其是抗性相關(guān)的優(yōu)異等位基因。而野生種質(zhì)往往蘊含著大量寶貴的遺傳資源，被認(rèn)為是現(xiàn)代栽培品種遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新的關(guān)鍵源泉。不實野生燕麥（Avena sterilisL.），被認(rèn)為是栽培燕麥的直接祖先種，具有強大的環(huán)境適應(yīng)能力。然而，由于缺乏基因組信息，嚴(yán)重阻礙了對栽培燕麥進(jìn)化歷程、馴化歷史的深入研究以及優(yōu)異等位基因資源的挖掘和利用等工作。

河北大學(xué)杜會龍教授/鞏志忠教授領(lǐng)銜的燕麥基因組學(xué)與精準(zhǔn)設(shè)計育種研究團(tuán)隊，通過多年的種質(zhì)資源收集并結(jié)合搭建的燕麥大數(shù)據(jù)分析平臺和體系，攻克了基因組組裝和多倍體物種研究過程中的諸多難題，成功解析了國際動植物領(lǐng)域首個超過10 Gb的近乎完整基因組——栽培和野生燕麥參考基因組。通過對野生及栽培燕麥基因組的全面深入分析，該研究不僅闡明了燕麥從野生到馴化的遺傳變異規(guī)律，而且鑒定到了大量對于提高燕麥品質(zhì)和產(chǎn)量具有潛在應(yīng)用價值的重要基因組進(jìn)化事件和關(guān)鍵基因。尤為關(guān)鍵的是，該研究發(fā)現(xiàn)了一個在染色體4A至4D間發(fā)生的約28 Mb的大片段復(fù)制事件，該片段帶有多個與重要農(nóng)藝性狀尤其是與產(chǎn)量相關(guān)的候選基因，并利用全球117份野生和栽培燕麥材料證明了其在燕麥早期馴化過程中的重要作用（圖1）。這些發(fā)現(xiàn)為燕麥的進(jìn)化生物學(xué)、功能基因組學(xué)和遺傳育種研究提供了重要的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。

圖1染色體4A和4D起始區(qū)域基因表達(dá)、甲基化和功能分析

相關(guān)研究成果“The near-complete genome assembly of hexaploid wild oat reveals its genome evolution and divergence with cultivated oats”以河北大學(xué)為唯一第一和通訊單位發(fā)表于國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《Nature Plants》(論文詳細(xì)信息請見鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-024-01866-x)。生命科學(xué)學(xué)院青年教師何強、李偉、碩士研究生苗雨青和科研助理王渝為該論文共同第一作者，生命科學(xué)學(xué)院杜會龍教授為論文的通訊作者。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所韓方普研究員、劉陽副研究員和劉倩博士對本研究中著絲粒的鑒定提供了重要幫助。河北大學(xué)鞏志忠教授和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳基因組研究所汪鴻儒研究員對本研究給予了指導(dǎo)。該研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科協(xié)青年人才托舉工程和河北省自然科學(xué)基金等項目的資助。

（生命科學(xué)學(xué)院、科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院供稿）