燕麦研究里程碑式突破 川农大联合多家单位解码裸燕麦“中国芯”

中国网7月20日讯（王李科）7月18日23时许，四川农业大学小麦研究所彭远英教授研究团队的论文《基于参考基因组揭示六倍体燕麦的起源和进化》在国际知名学术期刊《自然·遗传学》（Nature Genetics）上在线发表。同时，该期刊还特别邀请论文作者撰写研究简报《栽培燕麦的起源与进化》对成果进行了推介。四川农业大学小麦研究所教授魏育明为共同通讯作者。

“有了基因组图谱，我国裸燕麦的育种和遗传研究就会进入快车道。”论文第一作者和共同通讯作者彭远英向记者介绍，该项研究首次破译六倍体栽培裸燕麦的基因组，并深入研究了六倍体燕麦的起源与亚基因组进化，绘制出燕麦的“基因密码图”。审稿人评价这一研究“代表了植物基因组学特别是谷物基因组学的重大进展”。该项研究将加速栽培燕麦的遗传改良和分子设计育种，对培育优良燕麦品种、提升燕麦产业竞争力、保障粮食安全将产生重要作用。

绘制21对染色体分子图谱

助推我国裸燕麦育种研究进入快车道

“燕麦分为带稃型（皮燕麦）和裸粒型（裸燕麦）两大类，裸燕麦起源于中国。”彭远英告诉记者，相比于皮燕麦，裸燕麦加工更加简单，我国主要种植的是裸燕麦，主产区集中在内蒙古、河北、山西等地，云、贵、川、藏有小面积的种植。“裸燕麦加工工艺更加简单，具有更高的蛋白质和粗脂肪含量，且氨基酸组成更加平衡，极具研究价值。”

此次发表的成果，以我国裸燕麦起源中心的地方裸燕麦品种“三分三”为材料，通过研究绘制出燕麦基因组21对染色体的分子图谱，注释出12万个蛋白编码基因。该研究为科研人员解析燕麦基因组进化和驯化，提供了高质量的基因组信息和全新视角。

“中国作为六倍体栽培裸燕麦的起源和主要种植中心，我们需要通过明确我国特有的裸燕麦基因组信息，进一步挖掘以裸粒驯化性状为代表的基因资源。”彭远英表示，“有了基因组图谱，我国裸燕麦的育种和遗传研究就会进入快车道。”

“这就像破解其他作物的基因密码一样，我们以后就能根据基因信息来定向培育具有特定性状、功能的裸燕麦。”彭远英说，“比如，提升品种抗病性；控制种子大小，增加产量；让其中β-葡聚糖含量更高，以帮助食用者通过摄入膳食纤维有效控制胆固醇和糖尿病。”

测序相关数据用了20个5T硬盘

此项研究全部由中国人完成

记者在采访中了解到，《基于参考基因组揭示六倍体燕麦的起源和进化》这项研究于2018年启动，由四川农业大学和吉林省白城市农业科学院联合中国科学院遗传与发育生物学研究所、四川大学、西昌学院、中国农业科学院和武汉希望组生物科技有限公司合作完成。四川农业大学为第一完成单位，研究团队由国家燕麦荞麦产业技术体系首席科学家、吉林省白城市农业科学院院长任长忠领衔。

六倍体栽培裸燕麦基因组庞大而复杂，体量约为水稻基因组的40倍，且有大约87%的基因组DNA为重复序列，致使其基因组测序组装研究非常困难。“可以说，六倍体燕麦参考基因组是迄今为止科学家测序的所有物种中最复杂的基因组之一。虽然基因组研究主要在实验室完成，但数据量非常大。整个测序的原始数据和分析数据，我们用了20个5T的硬盘。常规分析跑完一轮就需要2个月。”据彭远英介绍，针对六倍体燕麦亚基因组构成及其高重复序列含量导致的在基因组装中可能遇到的问题，科研团队设计了选用可进行更长DNA片段高精确度测序的超长测序技术，并利用近20年的燕麦属物种研究经验积累，选择了栽培燕麦最可能的四倍体和二倍体祖先，结合HiC、二代测序、全长转录组测序和转录组测序等不同技术手段，最终完成了中国裸燕麦的染色体组装、挂载和注释，获得裸燕麦的高质量参考基因组。

令研究团队最骄傲的是，这项研究全部由中国人完成。“深入研究中国特有的燕麦种质资源，就是希望牢牢把种质资源握在我们自己手里，让燕麦品种装上更多‘中国芯’。”彭远英说。

燕麦适合在四川广泛种植

四川弱光照的条件更适合燕麦饲草的生长

“研究发现，燕麦属物种约在800万年前产生。而在约50万年前——人类旧石器时代，现在广泛种植和食用的六倍体栽培燕麦就通过AA基因组二倍体和CCDD基因组四倍体杂交加倍形成了。”彭远英告诉记者，深入了解燕麦的进化历史，将有力推动燕麦优良品种的选育工作。此外，燕麦参考基因组的构建作为燕麦研究迈入基因组时代的第一步，将使燕麦的全基因组选择育种和精准育种成为可能。“接下来，研究团队还将在已有基础上深入开展燕麦起源、驯化和优异基因资源发掘与利用等研究工作，期望研究结果能进一步推动燕麦的应用基础研究和育种。”

“燕麦的抗逆性和适应性很强，为了不与其他粮食作物争地，目前主要种植在高海拔或土壤相对贫瘠的地区。其实，燕麦和小麦一样，也适合在四川广泛种植。”彭远英认为，“四川种植燕麦有自己的优势，可以种植两季，成都平原和其他平坝区可以在10月份播种，来年4、5月份收获，高寒山区可以3、4月份播种，当年秋季收获。此外，四川弱光照的条件更适合燕麦饲草的生长，未来可在西南地区饲草燕麦的发展上多下功夫。”