古代谷物的新知识研究人员绘制完整的小米基因组图以帮助保障粮食安全

一个国际研究团队对一种重要的谷类作物狗尾草或谷子进行了大规模基因组分析。该研究由中国农业科学院的研究人员牵头，包括纽约大学的科学家，推进了我们对谷子的驯化和进化以及重要农业性状的遗传基础的理解。

“谷子被认为是中国早期文明的基础，”纽约大学和纽约大学阿布扎比分校的生物学银教授、该研究的共同资深作者MichaelPurugganan说。“此外，因为它是一种可以在包括干旱土地在内的各种环境中生长的作物，它有可能在气候变化下对粮食安全产生重要影响。”

谷子是世界上最古老的驯化粮食作物之一，人类种植它已有大约11,000年的历史。在引入灌溉和化肥等高投入农业实践之前，它在中国农业中占据主导地位。这种富含蛋白质的谷物采用C4光合作用，这是一种高效的光合作用形式，有助于它适应不同的环境——具有抗旱能力，能够在低营养土壤中茁壮成长。

“C4植物仅占开花植物物种的3%左右，但它们却出人意料地贡献了全球约25-30%的生物量生产。大多数C4物种基因组的复杂性对基础研究和育种提出了挑战，但狗尾草作为这是在基因组学和遗传学研究中研究C4光合植物的理想模型系统。”.

在他们发表在《自然遗传学》杂志上的研究中，研究人员通过组装来自全球1,844种狗尾草物种的110个代表性基因组，建立了狗尾草泛基因组——该物种的整套基因组。他们对13个地理位置的22个环境中的68个性状进行了大规模的遗传研究，每个环境都有不同的气候条件，确定了谷子如何在不同地理位置进化和改良的潜在基因和标记组。例如，研究人员发现SiGW3基因可以调节谷子的产量。

他们还构建了第一个基于图的狗尾草基因组序列，提供了对野生和栽培狗尾草基因组变异的见解。这种对全面基因组变异的更深入理解为研究人员提供了宝贵的遗传工具，以从事生物学研究和育种工作。

“这篇论文是一个重要的里程碑，因为它为下一代比较基因组学研究铺平了道路，有助于破译C4光合作用的分子机制。大规模比较基因组学、全基因组关联研究和基因组选择研究狗尾草的研究不仅为谷子本身的基因发现和育种进步提供了机会，而且还为其他作物提供了增强全球粮食安全的见解，”Diao补充道。

“了解谷子驯化和改良的遗传基础，以及这些重要的农业特征，对其增强具有巨大的潜力。利用我们基于图形的基因组，我们可以估计与谷物质量相关的性状和潜在产量，为适应气候变化的谷子育种，”中国农业科学院作物科学研究所博士后研究员、该研究的第一作者何强说。