近日，由中国农业科学院作物科学研究所特色农作物优异种质资源发掘与创新利用创新团队牵头，联合国内外10余家科研单位，对来自14个国家的510份苦荞核心资源的全基因组进行重测序，构建了苦荞基因组变异图谱，解析了苦荞种质资源的遗传多样性和群体结构，揭示了苦荞的起源和传播驯化路径，明确了我国西南地区作为全世界苦荞多样性中心和栽培苦荞起源驯化中心的独特地位，为研究苦荞驯化和性状改良奠定了重要的理论基础。1月12日，相关研究成果以长文形式于发表在《基因组生物学（Genome Biology）》上。
据周美亮研究员介绍，苦荞属于蓼科荞麦属，它生长快速、生育期短、适应性强，能耐瘠薄土地，在全世界，尤其是东亚及东欧地区广泛栽植，目前已有4000多年的历史。荞麦在中国栽培面积接近100万公顷，年产量超过120万吨，位居世界第二。苦荞是我国西南彝区、边疆藏区和高海拔冷凉山区的主要粮食，目前我国是全球最大的苦荞生产国和消费国。苦荞富含芦丁、槲皮素、山奈酚、大黄素以及荞麦糖醇等众多生物活性物质，有较高的可溶性膳食纤维、维生素和矿物质元素含量，营养成分，与其他主要粮食作物可以形成很强的互补，是重要的药食同源和健康养生作物。它较高的直链淀粉比例，丰富的不饱和脂肪酸、黄酮类物质、荞麦糖醇，具有养肝保肝、降血糖血脂、降胆固醇等保健价值，以及抗氧化、抗衰老、清除自由基、抗肿瘤等诸多药用功效。然而，目前关于苦荞的遗传基础和驯化过程并不清楚，重要性状和品质形成机理研究缺乏，严重制约其性状改良和遗传育种。
研究团队作为中方代表参与欧盟地平线2020生态育种计划（ECOBREED）并牵头其中的荞麦项目，利用中国丰富的荞麦种质资源优势，在不同生态区和耕作制度条件下筛选优异荞麦种质资源，对优异品质性状形成机理进行解析并挖掘其应用价值。为解开苦荞的起源、传播和驯化之谜，周美亮带领团队连续多年跋山涉水，从我国的西南地区搜集野生和农家荞麦资源上千份，构建了涵盖野生种、农家种不同层次的510份苦荞核心种质资源，并对这些苦荞核心种质资源进行了基因组测序，挖掘到109万余个单核苷酸多态性（SNP），全面系统的构建了苦荞基因组变异图谱，并从分子水平证明了苦荞起源于泛喜马拉雅地区，然后传播到中国的南方和北方，形成中国南北栽培苦荞的两个独立分支，再由中国北方传播到韩国、中亚、俄罗斯、欧洲以及北美地区，由此明确了我国西南地区作为全世界苦荞多样性中心和栽培苦荞起源驯化中心的独特地位。研究人员在栽培群体中分别鉴定到与株高、千粒重、果皮颜色、黄酮类物质含量等农艺和品质性状相关的独立驯化区间及重要遗传位点，从而在基因组水平上解开了苦荞的起源、传播和驯化的谜题。研究人员还对苦荞资源进行了槲皮素、芦丁和山奈酚等功能成分的黄酮醇含量测定，发掘出一批与三种黄酮醇含量显著相关的遗传位点，以及调控槲皮素和黄酮含量的关键因子。这些关键位点和基因的发现及其调控苦荞黄酮含量分子机理的阐明将极大地推动荞麦的品质改良，加快荞麦的遗传育种进程。
该论文以作科所为第一完成单位和通讯单位，作科所张凯旋副研究员、博士后何铭、博士生范昱、赵辉，高斌博士为共同第一作者，周美亮研究员为通讯作者。四川省凉山彝族自治州西昌农业科学研究所高山作物试验站、比利时鲁汶大学、捷克国家作物科学研究所、斯洛文尼亚农业研究所和日本九州冲绳农业研究中心也参与了该研究。研究得到国家重点研发计划、欧盟地平线2020项目、国家自然科学基金项目等资助。
论文链接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-020-02217-7
日期：2021-01-15
