由中國科學(xué)家領(lǐng)銜的研究團隊，在國際上率先完成了小麥A基因組的測序和草圖繪制，以及小麥D基因組供體種——粗山羊草基因組草圖的繪制，結(jié)束了小麥沒有組裝基因組序列的歷史。這兩項研究成果于美國時間24日在線發(fā)表在《自然》雜志上，這標志著我國小麥基因組研究跨入了世界先進行列。
據(jù)介紹，小麥是世界上分布最廣、種植面積最大的作物。小麥及其祖先種原產(chǎn)于西亞地區(qū)的一個很小的“新月沃”地帶。在大約8000—10000年前，小麥的四倍體種（AB基因組）與粗山羊草（D基因組）通過天然雜交，生成了六倍體小麥（ABD基因組），此后才“沖出新月沃，走向世界”。
小麥A基因組的測序和草圖繪制，由中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所植物細胞與染色體工程國家重點實驗室小麥研究團隊發(fā)起，通過與深圳華大基因研究院和美國加州大學(xué)戴維斯分校合作完成，將為研究小麥馴化史提供一個全新的視角。研究團隊鑒定出34879個編碼蛋白基因，其基因數(shù)量與已知禾本科植物基因組的基因數(shù)相似。研究發(fā)現(xiàn)，在進化過程中由于大量反轉(zhuǎn)座子重復(fù)序列在基因間的插入，導(dǎo)致小麥A基因組的劇烈擴增。與已知禾本科作物基因組比較分析，鑒定出3425個A基因組特異基因和24個新小RNA，并發(fā)現(xiàn)含NB—ARC功能域的抗病基因在小麥A基因組明顯增多。通過同源基因的比對和關(guān)聯(lián)分析，還鑒定出一批控制重要農(nóng)藝性狀的基因。該研究還篩選出大量的遺傳分子標記，將有助于重要數(shù)量農(nóng)藝形狀基因的克隆及基因組選擇，促進小麥的分子育種。
小麥D基因組草圖的繪制，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所與深圳華大基因研究院等單位歷經(jīng)5年努力完成。據(jù)介紹，小麥D基因組共有7條染色體，約44億個堿基對，大約是水稻基因組的10倍。通過粗山羊草全基因組分析發(fā)現(xiàn)，其抗病相關(guān)基因、抗非生物應(yīng)激反應(yīng)的基因數(shù)量都發(fā)生顯著擴張，因而大大增強了其抗病性、抗逆性與適應(yīng)性。研究還發(fā)現(xiàn)，在D基因組中有小麥特有的品質(zhì)相關(guān)基因，而且這些也有許多發(fā)生了顯著擴增，從而使小麥的品質(zhì)性狀大大得到改良，成為唯一能夠制作饅頭、面包、餃子等多種食品的糧食作物。正是由于D基因組的加入，才使小麥的抗病性、適應(yīng)性與品質(zhì)得到大大改良，推動小麥成為世界上種植區(qū)域最廣的第一大糧食作物。目前大面積種植的普通小麥的D基因組多樣性非常貧乏，已成為制約小麥品種改良的瓶頸。D基因組草圖的繪制為粗山羊草的開發(fā)利用及進一步的品種改良奠定了基礎(chǔ)，并有望使小麥常規(guī)育種與雜交小麥取得突破性進展。