人民网成都3月3日电 北京时间3月3日，四川农业大学草业科技学院黄琳凯教授团队在国际权威学术期刊《自然遗传学》在线发表了题为《美洲狼尾草泛基因组构建、结构变异挖掘及耐热机制解析》的研究成果。

该研究构建了首个美洲狼尾草图形泛基因组，也是全球首个牧草领域图形泛基因组，将为牧草基因资源挖掘及育种提供重要资源。该研究还揭示了狼尾草耐热的分子机制，将为相关物种如玉米、小麦和水稻的耐热研究提供重要信息，并将在保障粮食安全、应对全球气候变暖等方面发挥重要作用。

一棵小草关系国家粮食安全

据了解，美洲狼尾草，又名珍珠粟，全球种植面积达3100万公顷。在我国，它是重要的饲草，是草食家畜和食草淡水鱼类的优质饲料和青料。其作为亲本的杂交狼尾草，目前在南方各省普遍种植，是单产最高的多年生牧草之一。在非洲、印度等热带干旱地区，美洲狼尾草是重要的杂粮作物。

美洲狼尾草。四川农业大学供图

如何用科技引领牧草产业发展，是黄琳凯教授团队长期研究的领域。由于牧草基因组大、重复序列及杂合度都较高，增加了基因组序列构建的难度。2019年，该团队首次公布了鸭茅的高质量参考基因组，是我国公布的首个牧草参考基因组。随着研究的深入以及技术的进步，构建高质量的图形泛基因组成为团队的重要目标。

“与参考基因组相比，图形泛基因组包含的遗传信息更全面，通过发掘结构变异，能够更好地解析植物表型和农艺性状的不同，为下一步育种奠定重要的研究基础。”黄琳凯教授介绍。

美洲狼尾草高质量基因组组装和泛基因组分析。四川农业大学供图

通过联合国内外多家单位，本次研究从全球8个地区收集的394份美洲狼尾草核心种质中选取10份代表性材料，利用Pacbio HiFi等技术进行基因组从头组装，获得了高质量的基因组组装序列，结合一个已报道的基因组构建了首个美洲狼尾草图形泛基因组，发掘到424085个结构变异。基于泛基因组图谱进行的全基因组关联分析，发现了143个重要农艺性状相关联的变异位点，并挖掘到与产量性状相关的候选基因446个。

“有了这些成果，我们就可以加速攻关牧草业各环节的核心技术，培育突破性牧草优良品种，助力提升优质安全食物的供给保障能力，避免‘人畜争粮’，为保卫国家粮食安全贡献草业人的力量。”黄琳凯教授如是说。

耐热基因助力应对全球变暖

据了解，当前，全球气候变暖已成为限制农作物产量的重要因素，严重威胁世界粮食安全。解析植物的耐热机制，从而改良植物耐热性，培育耐高温的农作物是目前最重要的育种目标之一。

RWP-RK基因家族的扩张有助于美洲狼尾草耐热性的形成。四川农业大学供图

起源于非洲的美洲狼尾草，能够适应极端高温的气候，是研究植物耐热机制的优良材料。本次研究通过对水稻、玉米、高粱等多个物种进行比较基因组学分析，发现美洲狼尾草中扩张的RWP-RK转录因子家族和内质网相关基因协同参与耐热性调控，挖掘并验证到关键结构变异和调控候选基因3个，其中基因PMF0G00024.1（RWP-RK）在水稻中过表达也显著提高了耐热性，将为分子育种提供重要靶点。（王波、张喆）