Nature Plants | 河南大学宋纯鹏团队揭示向小麦渗入节节麦基因组作为谷物改良的基础！

六倍体小麦（Triticum aestivum L., AABBDD, 2n=6x=42）起源于大约8,000-10,000年前在新月沃土发生的涉及四倍体母本（T. durum, AABB, 2n =4x=28）和二倍体父本（Aegilops tauschii, DD, 2n=14）的多倍体化事件。只有少数节节麦的加入对六倍体小麦的起源有贡献。在随后的驯化过程中，偶尔会与普通小麦的野生种群发生基因渗入，但在无意识的选择下，几乎没有关于节节麦的报道。因此，小麦D基因组的变异明显低于其他基因组：只有A和B小麦群体基因组的16%左右。这种较低的变异水平严重限制了小麦育种中对理想农艺性状的选择。随着全球人类人口的迅速扩张，小麦育种者迫切需要开发具有更高产、更健康的谷物和环境友好性状的新型可持续栽培品种（Science | 封面文章！内生真菌基因的水平转移打开小麦抗赤霉病的大门！Nature Biotechnology | 最新研究揭示转多基因赋予小麦对病原真菌的广谱抗性！Molecular Plant | 英国约翰英纳斯中心研究探寻持久抗性基因的方法–小麦R基因图谱！Cell | 中科院遗传发育所高彩霞研究员综述基因工程促进作物改良和未来农业的发展！）。增加小麦育种库多样性的一个策略是利用小麦的野生近缘种。因此，有效引进和利用节节麦和其他小麦野生近缘种中的遗传资源是小麦育种和改良的迫切需要。

遗传资源的有效利用不仅需要清楚地了解节节麦的整体变异，还需要采取有效的方法将变异引入小麦基因组并跟踪基因渗入片段。到目前为止，节节麦的基因组是基于短序列组装的数据，对该物种内部的整体变异仍然缺乏了解。传统上，通过合成六倍体小麦（SHW）和合成八倍体小麦（SOW）来实现从节节麦到小麦的遗传变异。合成六倍体方法需要新的合成六倍体，然后通过反复杂交或回交将新的变异转移到优势小麦栽培品种或育种系中。然而，这种方法也可能从A和B基因组中引入不需要的位点，需要通过大量的工作来清除。SOW方法，通过节节麦和普通小麦之间的直接杂交，只引入D基因组的遗传变异，这可以直接将野生资源引入小麦栽培品种。SHW和SOW策略都很耗时，需要费力的田间工作，并且缺乏标记辅助选择来追踪基因渗入的基因座，所有这些都导致了过去20年小麦基因渗入育种的下降。快速育种和具有成本效益的基因分型技术的进步，为克服小麦基因渗入育种中的上述障碍提供了有希望的解决方案。

近日，国际权威学术期刊Nature Plants发表了河南大学宋纯鹏教授团队的最新相关研究成果，题为Introgressing the Aegilops tauschii genome into wheat as a basis for cereal improvement的研究论文。

增加作物产量对于养活世界上不断增长的人口是必要的，作物育种者经常利用基因变异来提高作物的产量和质量。然而，小麦D基因组的狭窄多样性严重限制了其选择性育种。一个实用的解决方案是通过基因渗入来利用节节麦的基因组变异。本研究建立了一个快速基因渗入平台，将节节麦的整体遗传变异转移到优势小麦上，从而丰富了小麦种质资源库。为了加速这一过程，科研人员组装了四个新的参考基因组，重新测序了278个节节麦的种质，并构建了这一小麦原生种的变异图谱。基因组的比较突出了不同的功能基因或新的单倍型，在小麦改良中具有潜在的应用。本研究构建了节节麦的核心种质，包括85个种质，涵盖了该物种整体99%以上的遗传变异。这是与优势小麦栽培品种杂交产生的节节麦-小麦合成八倍体小麦（A-WSOW）库。实验室和田间分析的两个例子证实了其在小麦育种方面的巨大潜力。高质量参考基因组、节节麦的基因组变异图谱和A-WSOW库为促进小麦的基因发现和育种提供了宝贵的资源。

图 1：RHI 加速野生片段向小麦的转化

图2：278个重测序的节节麦的地理分布和系统发育分析

图3：节节麦基因组的进化

图4：节节麦的六个D基因组和278个重测序的种质的变异图

图5：小麦改良中稳定的A-WI系实例

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