谷子高质量图基因组解密

6月8日，中国农业科学院作物科学研究所特色农作物优异种质资源发掘与创新利用团队，通过对谷子种质资源的基因组变异和群体结构分析，组装了谷子第一个高质量图基因组，系统阐明了谷子起源及驯化改良的过程；对谷子及其野生种青狗尾草的1844份核心种质资源进行深入分析，发掘了1084个重要性状相关位点和基因，创制了谷子图基因组精准高效育种方法，为培育突破性品种提供了理论基础和技术路径。相关成果发表在《自然·遗传学（Nature　Genetics）》上。

谷子是我国起源的古老作物，隶属禾本科狗尾草属，至今仍是旱作农业的主栽作物，更是应对气候变化和干旱环境的战略储备作物。其籽粒小米营养价值高，深受人们喜爱。由于谷子属于碳四（C4）光合作物和易于实验室操作等特点，其作为功能基因研究的模式植物近年来也备受国际关注。作物种质资源是优异基因的载体，对种质资源基因组变异的系统性认识和表型性状的精准鉴定有利于其中优异基因的发掘和利用。

研究团队在对谷子野生种、农家品种和现代育成品种等1844份核心种质资源群体结构进行解析的基础上，从头组装了110个谷子和狗尾草高质量基因组，绘制了首个狗尾草属基因组变异图谱，构建了首个杂粮和C4作物高质量图基因组，认识了谷子资源变异的基本情况，系统解析了谷子驯化和改良过程中基因组变异。同时，历时10年在13个地理环境下对680份资源进行了68个性状的表型调查，形成了226组群体表型数据和表型组数据库；将基因组变异和表型数据关联，发掘出1,084个与表型显著关联的重要性状相关位点，如控制产量性状的SiGW3等。此外，研究还建立了基于谷子图基因组的最优预测模型和全基因组选择育种方法，该方法可加速作物遗传研究并使谷子表型预测精度最高提升12.6%。本研究构建的谷子基因组变异图谱、多环境多性状表型组、以及以及批量发掘的重要性状控制位点和基因，为谷子模式植物体系发展等基础研究和资源利用提供了重要数据基础，也为作物种质资源挖掘利用提供了重要参考。

中国科学院李家洋、韩斌、钱前院士，中国工程院刘旭、万建民院士等对该成果做出了高度评价。专家一致认为，该研究成果通过高质量图基因组等前沿技术的应用，快速有效完成了种质资源规模化挖掘利用，进一步解析和利用好该研究获取的大量重要基因组位点，将有助于谷子遗传和育种研究水平的大幅提升。该研究的思路和方法对其他作物研究有重要借鉴价值，对提高我国作物种质资源的有效利用，保障国家粮食安全意义重大。

作科所刁现民研究员、纽约大学基因组学和系统生物学研究中心Michael　Purugganan教授和作科所贾冠清研究员为该论文共同通讯作者。作科所博士后贺强、副研究员汤沙，研究员智慧，以及中科院动物所陈金锋研究员为该论文共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家现代农业产业技术体系、国家自然科学基金和中国农业科学院创新工程等项目资助。（记者 常理）