中國完整破譯小麥“生命天書” 給“糧倉支柱”裝上基因導航

原標題：中國完整破譯小麥“生命天書”，給“糧倉支柱”裝上基因導航

全球首個六倍體小麥端粒到端粒（T2T）完整基因組圖譜在山東繪就

中國完整破譯小麥“生命天書”

◆給“糧倉支柱”裝上基因導航 ◆為新品種培育按下加速鍵

如果把小麥的基因組比作一本由145億個字符寫成的“生命天書”，過去的科學家只能看到并讀懂其中零散的章節(jié)，而如今，這本“天書”第一次被從頭到尾完整破譯。

4月7日，來自濰坊現代農業(yè)山東省實驗室（北京大學現代農業(yè)研究院）的科研團隊在國際頂級學術期刊《自然·遺傳學》發(fā)布全球首個六倍體小麥端粒到端粒（T2T）完整基因組圖譜，完成對小麥全部21對染色體頭尾無缺口精準拼接，標志著人類對小麥這一“糧倉支柱”的認知邁入無盲區(qū)時代。這項被比喻為“給小麥裝上基因導航”的突破，將為高產、抗病、耐旱、耐鹽的新品種培育按下加速鍵。

登頂“植物界珠峰”

作為最古老的糧食作物之一，小麥的基因組堪稱“植物界的珠穆朗瑪峰”，它的遺傳密碼總長達14.51Gb，含145億個堿基，是水稻的40倍、人類的5倍，更擁有三套既高度同源又有明顯分化的亞基因組，如同三套被撕碎后混成一堆的百科全書。尤其讓科學家頭疼的是，基因組中近85%是重復序列，就像把同一段文字復印了成千上萬次后胡亂拼貼，傳統(tǒng)測序技術如同拿著模糊的放大鏡，始終無法看清全貌。

“過去我們只能通過零碎的基因組片段推測小麥的生命邏輯，現在終于有了完整清晰的圖譜。”濰坊現代農業(yè)山東省實驗室（北京大學現代農業(yè)研究院）主任鄧興旺說。

為了把這本小麥“生命天書”拼接完整，鄧興旺組建了一支21人的跨學科團隊，集合了測序技術專家、生物信息學家和育種專家，歷經兩年多艱苦攻關，終于在2023年8月繪制出完整圖譜，實現“珠峰登頂”。

基因組測序是解析生命密碼的關鍵技術。在繪制圖譜過程中，科研團隊創(chuàng)造性地融合兩種前沿測序技術：PacBio HiFi測序技術如同超高精度顯微鏡，能夠精準讀取2萬個堿基長度的DNA片段；ONT超長測序技術則如同全景廣角相機，單次測序長度可突破20萬個堿基。為突破數據運算瓶頸，山東省政府專項支持擴容升級超級計算機中心，為基因組組裝提供了強大的算力保障。

為小麥編寫“免疫程序”

濰坊現代農業(yè)山東省實驗室（北京大學現代農業(yè)研究院）研究員陳時盛長期致力于小麥抗病遺傳育種實驗，借助全新基因組圖譜，他的團隊剛完成一個抗病基因的定位克隆。“在以前版本的參考基因組圖中，有些基因所在的染色體區(qū)域存在組裝錯誤，一度使課題研究迷失方向、陷入僵局。”陳時盛形象地比喻，“這份圖譜為小麥遺傳研究裝上了完整版的導航系統(tǒng)，我們可以精準定位基因在染色體上的坐標，快速鎖定候選基因，顯著縮短研究周期。”

最復雜的難題往往藏著最珍貴的寶藏。“有了完整基因圖譜，我們第一次能精準定位控制抗病、高產等性狀的‘開關’。”論文共同作者何航研究員展示了3.4萬個過去未被發(fā)現的高置信度基因。例如，一批NLR抗病基因的識別，讓科學家能像編寫“免疫程序”般設計抗病的小麥。

這項研究成果還帶來了一系列顛覆性的科學發(fā)現：小麥從四倍體升級為六倍體時，基因組發(fā)生過23次“乾坤大挪移”，總計5.18億堿基的染色體倒位，暗示著小麥祖先在進化中不斷“試錯重組”，最終篩選出最優(yōu)版本；占基因組大頭的重復序列也并非“垃圾文件”，其中隱藏著小麥進化的“生存智慧”，海量的遺傳變異素材使其能夠在氣候變化和病蟲害威脅中“見招拆招”。

給種子裝上“中國芯”

作為全球最重要的糧食作物，小麥年產量已接近8億噸，養(yǎng)活了全球35%以上的人口。隨著中國科研團隊將完整基因組數據向全球開放共享，人類在馴化小麥一萬年后，終于真正讀懂了這位“老朋友”的生命密碼。

這項成果也被視為應對糧食危機的“科技盾牌”。隨著全球氣候變化加劇，極端干旱、高溫和新型病原體頻發(fā)，小麥主產區(qū)的穩(wěn)產壓力陡增。“完整基因組就像一套‘應急預案庫’，我們可以快速找到讓小麥耐旱、耐鹽的基因組合，設計出適應更惡劣環(huán)境的‘未來小麥’。”鄧興旺告訴記者，通過掌握雜交小麥技術制高點，團隊正在培育兼具抗病、高產、優(yōu)質特性的突破性新品種，目前已開發(fā)出20余項核心專利技術。

正如鄧興旺所言：“讀懂小麥的基因組，就握緊了糧食安全的命脈。”這場已持續(xù)數十年的“基因解碼戰(zhàn)”，不僅讓中國在國際農業(yè)科技競爭中搶占先機，更讓“中國飯碗”裝“中國糧”的底氣更足。（大眾新聞記者 王佳聲 張蓓）