黑麦是什么？相较于小麦、大麦甚至燕麦，黑麦对于大多数人来说还是一种陌生的麦类作物。然而，黑麦却与人类息息相关。

在食品界，黑麦是一种重要的粮食作物和饲料作物，著名的黑麦面包、俄罗斯特产大列巴面包和格瓦斯饮料，都是以黑麦为主要原料制作而成。

在科研领域，黑麦更是一个令育种科学家痴迷的重要育种资源，它拥有的优秀遗传资源，让目前世界上大约50%小麦品种携带其染色体，在四川这一比例曾高达90%。

麦子对比

如何将黑麦的基因价值发挥到极致？这是全世界育种界的重要课题。

近日，四川农业大学联合国内多所大学以及科研单位完成了黑麦基因组精细图谱的组装，成果发表于最近的一期国际著名学术期刊《自然·遗传学》（Nature Genetics）。这是育种界首次完成对黑麦的基因组精细图谱，对麦类作物遗传改良具有重要的指导作用。

基因优势 黑麦成育种界“死磕”对象

育种界为何要“死磕”黑麦？这源于其独特的遗传资源优势。

在全世界范围内，6180多万亩的种植面积生产了11.2百万吨的黑麦。欧洲占全球黑麦产量的80%，亚洲贡献了全球13％的黑麦产量，其中50％来自中国。

相较小麦和大麦而言，黑麦的驯化程度相对较低，保留了很多原始的优秀基因。“这些黑麦产地，大多高寒且贫瘠，因此，产出的黑麦具有突出的抗寒、抗病、抗逆和耐旱性能，对贫瘠生存环境有很强的适应能力，可耐受其他谷物无法耐受的极端气候条件，对肥料及农药需求较少，种植黑麦可给自然条件恶劣地区带来显著生态和经济效益。”3月25日，论文共同第一作者，四川农业大学副教授任天恒告诉记者。

黑麦

上世纪四五十年代，育种界开始猜想，是否能够用小麦和黑麦杂交，将黑麦的染色体导入小麦。以此获得一种既拥有黑麦抗寒、抗病等基因和小麦高产基因的新物种。

猜想得到证实，随后，小黑麦诞生。这是一种由黑麦和小麦进行人为杂交产生的一个自然界本不存在的物种，把小麦的高产特性和黑麦应对极端环境的适应能力集于一身，结合了小麦高产基因，小黑麦籽粒产量远高于黑麦，开始在全球广泛种植。

上世纪70年代，我国从前苏联引入了一种携带黑麦染色体的小麦品种，80年代，山东农业大学利用这一品种培育杂交出了名为“矮孟牛”的新一代品种。随后，全国的科研单位都用这种携带了黑麦染色体的小麦品种为亲本进行杂交，取得了巨大成功。

基因复杂 阻碍黑麦基因组精细图谱研究

然而，至今为止，黑麦遗传资源优势尚未得到最大限度的发挥，其中一个原因，就是黑麦基因组精细图谱的组装未完成。只有完成这一工作，才能探索出黑麦更多的基因密码，应用到育种工作中，以此培育出更优秀的麦类作物新品种。在此之前，小麦和大麦的基因组精细图谱已组装完成。

黑麦染色体导入小麦基因组（其中红色部分为黑麦染色体）

然而，复杂、量大，也是黑麦基因组的特性。前期研究表明黑麦基因组大小为8Gb，是水稻的25倍、高粱的11倍、玉米的4倍、大麦的1.5倍，此外，黑麦基因组中有超过90%的序列由高度重复的转座子（TE）序列组成。自然情况下黑麦是异交作物，具有自交不亲和性，其基因组有很高的杂合度。这些复杂性是国际上长期以来无法获得黑麦基因组精细物理图谱的主要障碍。

2015年开始，任天恒和团队一起开始了黑麦基因组精细图谱研究工作，立志啃下这块“硬骨头”。研究的主要材料，就是四川农业大学提供的中国栽培品种“威宁黑麦”。

20多年前，四川农业大学在贵州威宁地区收集到这份“威宁黑麦”品种，并在实验室完成多代自交后产生了纯合自交系材料。

为何选择威宁黑麦，学术的解释是威宁黑麦基因组组装大小为7.84Gb，其中93.67%的序列可以锚定到7条染色体上，有5条染色体大小超过了1Gb。威宁黑麦中一共注释到45596个高可信度基因，这些基因中有1989个抗病基因。

简单来说，这就意味着，威宁黑麦高度纯合，是用来做基础研究的优质材料。“要做异花授粉植物的基因组测序，没有一个高度纯合的材料做基础是不可能完成的。”任天恒表示。

育种前景 四川小麦抗病性研究有望取得重大突破

有了黑麦的基因组精细图谱，在未来，除了黑麦本身的育种研究，小麦也能够利用黑麦基因，培育出拥有高产、抗病、抗寒等优秀品质的新品种，扩展出更多小麦适种区域，这是任天恒和团队共同的希望。

“产量上，上世纪六七十年代，我们四川小麦平均亩产突破了400斤，2000年以后突破了600斤，现在我们希望可以突破平均亩产800斤。黑麦基因组精细图谱有望让这个目标更进一步。”任天恒告诉记者。

不仅是提高产量，在抗病性研究上，黑麦基因组精细图谱有望让四川小麦抗病性研究取得突破。

以条锈病为例，这种可以对小麦造成毁灭性打击的病种，是科研和生产领域的长期攻关目标。我国小麦条锈病大多在西北麦区越夏，随后秋季来到四川麦区，降落在秋播麦苗上，在病叶上越冬并大量繁殖，来年冬繁菌源借助高空气流向广大的黄淮海麦区传播。“小麦科研界有这样一句话，‘全国条锈病的关键点在四川，控制了四川就控制了全国’，因此四川小麦抗病品种科研成果在全国排名前列。”任天恒告诉记者，他希望，通过黑麦基因组精准图谱，四川育种界能选育出更多抗病品种。

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