小麥是人類歷史上最成功的作物之一，它起源于新月沃地一個狹小的核心區(qū)域，一萬年間，從地區(qū)性的野生植物迅速轉變成為全球種植面積最廣的作物之一，在多種多樣的環(huán)境下為人類提供大量的碳水化合物和蛋白質(zhì)。然而，小麥對自然環(huán)境和人類糧食需求兩方面同時適應的遺傳機制尚不清楚，理解小麥適應性進化對氣候變化條件下小麥遺傳育種研究和穩(wěn)定生產(chǎn)具有重要價值。

 

　　10月26日，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員魯非、焦雨鈴團隊合作，在Nature Genetics在線發(fā)表題為Triticum population sequencing provides insights into wheat adaptation的研究論文。該研究對小麥屬和粗山羊草屬的25個小麥近緣亞種共414份材料進行全基因組測序，構建小麥屬全基因組遺傳變異圖譜（VMap 1.0）。研究發(fā)現(xiàn)，來自小麥近緣種的復合基因滲入貢獻小麥基因組的4%~32%，增加了小麥的遺傳多樣性，使其在世界范圍內(nèi)具有廣泛的環(huán)境適應性（如圖）。同時，該研究還發(fā)現(xiàn)不同倍性、不同地域的小麥屬品種，甚至整個禾本科作物，已在長期的人工選擇過程中在全基因組水平上產(chǎn)生趨同進化的特征，在平行的選擇事件中，共同受到選擇的基因相對于隨機條件下產(chǎn)生2~16倍的富集，部分同源基因反復經(jīng)歷獨立的人工選擇，成為小麥在不同環(huán)境下塑造重要農(nóng)藝性狀、保持產(chǎn)量穩(wěn)定的關鍵。

 

　　該研究在作物中首次實現(xiàn)屬內(nèi)全基因組遺傳變異挖掘，小麥屬全基因組遺傳變異圖譜（VMap）將對小麥遺傳育種工作起促進作用。研究結果說明增加作物遺傳多樣性對于應對氣候變化威脅、保障糧食安全的重要意義；證明進化限制對物種性狀形成的重要影響，闡明利用適應性進化基因進行跨物種遺傳研究的潛力，為加速小麥和其他作物的遺傳改良提供全新思路。

 

　　該研究由魯非研究組和焦雨鈴研究組合作完成。魯非組博士生趙學博和已出站博士后周姚為論文的共同第一作者。該研究得到中科院植物研究所研究員郭亞龍，遺傳發(fā)育所研究員劉志勇、副研究員鄭樹松、研究員張相岐和研究員傅向東，美國加州大學歐文分校博士周永鋒，以及國際馬鈴薯研究中心博士Philip Kear的建議與幫助。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導科技專項種子精準設計與創(chuàng)造、國家自然科學基金和中國博士后科學基金的資助。

　　小麥屬主要亞種遺傳多樣性變化及面包小麥遺傳多樣性恢復的模型