由中國科學家領(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，由中國科學院遺傳與發(fā)育生物學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)座子重復序列在基因間的插入，導致小麥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)科學院作物科學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。