小麦是人类历史上最成功的作物之一，它起源于新月沃地一个狭小的核心区域，一万年间，从地区性的野生植物迅速转变成为全球种植面积最广的作物之一，在多种多样的环境下为人类提供大量的碳水化合物和蛋白质。然而，小麦对自然环境和人类粮食需求两方面同时适应的遗传机制尚不清楚，理解小麦适应性进化对气候变化条件下小麦遗传育种研究和稳定生产具有重要价值。
10月26日，中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员鲁非、焦雨铃团队合作，在Nature Genetics在线发表题为Triticum population sequencing provides insights into wheat adaptation的研究论文。该研究对小麦属和粗山羊草属的25个小麦近缘亚种共414份材料进行全基因组测序，构建小麦属全基因组遗传变异图谱（VMap 1.0）。研究发现，来自小麦近缘种的复合基因渗入贡献小麦基因组的4%~32%，增加了小麦的遗传多样性，使其在世界范围内具有广泛的环境适应性（如图）。同时，该研究还发现不同倍性、不同地域的小麦属品种，甚至整个禾本科作物，已在长期的人工选择过程中在全基因组水平上产生趋同进化的特征，在平行的选择事件中，共同受到选择的基因相对于随机条件下产生2~16倍的富集，部分同源基因反复经历独立的人工选择，成为小麦在不同环境下塑造重要农艺性状、保持产量稳定的关键。
该研究在作物中首次实现属内全基因组遗传变异挖掘，小麦属全基因组遗传变异图谱（VMap）将对小麦遗传育种工作起促进作用。研究结果说明增加作物遗传多样性对于应对气候变化威胁、保障粮食安全的重要意义；证明进化限制对物种性状形成的重要影响，阐明利用适应性进化基因进行跨物种遗传研究的潜力，为加速小麦和其他作物的遗传改良提供全新思路。
该研究由鲁非研究组和焦雨铃研究组合作完成。鲁非组博士生赵学博和已出站博士后周姚为论文的共同第一作者。该研究得到中科院植物研究所研究员郭亚龙，遗传发育所研究员刘志勇、副研究员郑树松、研究员张相岐和研究员傅向东，美国加州大学欧文分校博士周永锋，以及国际马铃薯研究中心博士Philip Kear的建议与帮助。研究工作得到中科院战略性先导科技专项种子精准设计与创造、国家自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。
小麦属主要亚种遗传多样性变化及面包小麦遗传多样性恢复的模型
日期：2020-10-30
