中国科学家成功“拼”出小麦完整基因组“拼图”

【导语】近日，中国科学家在国际上首次成功绘制出六倍体小麦的完整基因组图谱，实现了小麦基因组从“头”到“尾”无缺口的精确“拼图”。这一突破性成果由北京大学现代农业研究院等团队共同完成，并在《自然·遗传学》上发表。该成果为小麦高产和粮食安全提供了重要科技支撑，同时也为小麦育种和基因组学研究开启了新阶段。

现代普通小麦是由三个祖先物种杂交形成的六倍体作物。作为古老的粮食作物和人类“粮仓支柱”，小麦这种作物的产量和质量的提升一直是科学家关注的焦点。

北京大学现代农业研究院、潍坊现(xiàn)代(dài)农(nóng)业(yè)山(shān)东(dōng)省实验室、小麦育种全国重点实验室近日在国际学术期刊《自然·遗传学》上发表一项重要成果，即在国际上首次成功绘制六倍体小麦的端粒到端粒（T2T）完整基因组图谱，实现了小麦基因组从“头”到“尾”无缺口的精确“拼图”。

专家认为，该成果是中国在农业基因组学研究领域取得的新突破，意味着小麦基因组研究迈入新阶段，为小麦高产和粮食安全提供了重要科技支撑。

2025年4月13日，北京大学现代农业研究院院长、首席科学家邓兴旺（中）与团队成员在北京大学现代农业研究院的植物生长室观察小麦。新华社发

小麦基因组堪称“植物界的珠穆朗玛峰”，不仅个头庞大，遗传密码总长是水稻的近40倍、人类的近5倍，且基因组中超(chāo)八(bā)成(chéng)是(shì)重(zhòng)复(fù)序(xù)列(liè)——这(zhè)如(rú)同(tóng)把(bǎ)一(yī)段(duàn)长(zhǎng)文复(fù)印(yìn)成(chéng)千(qiān)上(shàng)万(wàn)次(cì)后(hòu)再(zài)拼(pīn)贴(tiē)起(qǐ)来(lái)，让(ràng)人(rén)无(wú)法(fǎ)窥(kuī)其(qí)全貌(mào)，阻(zǔ)碍(ài)了(le)小(xiǎo)麦(mài)研(yán)究(jiū)和(hé)育(yù)种(zhǒng)应(yīng)用(yòng)深(shēn)入(rù)。

北(běi)京(jīng)大学现代农业研究院研究员何航说，通过高精度测序等前沿技术并结合多种算法，团队成功构建了拥有约145亿个碱基的六倍体小麦T2T基因组。“端粒是存在于真核生物染色体末端的重复DNA序列，我们首次实现了21对小麦(mài)染(rǎn)色(sè)体(tǐ)从(cóng)端(duān)粒(lì)到(dào)端(duān)粒(lì)的(de)无(wú)缺(quē)口(kǒu)拼(pīn)接(jiē)。”

“基(jī)因(yīn)组(zǔ)就(jiù)像(xiàng)是(shì)一(yī)条(tiáo)拥(yōng)有(yǒu)多(duō)条(tiáo)染(rǎn)色(sè)体(tǐ)的(de)长(zhǎng)线(xiàn)。过(guò)去(qù)小(xiǎo)麦(mài)基(jī)因(yīn)组(zǔ)这(zhè)条(tiáo)长(zhǎng)线(xiàn)上(shàng)有(yǒu)很(hěn)多(duō)缺(quē)失(shī)的(de)部(bù)分，我们是国际上第一次把这整条长线完整连起来，把其从‘头’到‘尾’没有一点缺口地拼装起来，形成完整的小麦基因组图谱。”北京大学现代农业研究院院长、首席科学家邓兴旺说，“这为未来的分子设计育(yù)种(zhǒng)奠(diàn)定(dìng)了(le)基(jī)石(shí)。”

研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)拍(pāi)摄(shè)的(de)小(xiǎo)麦(mài)染(rǎn)色(sè)体(tǐ)显(xiǎn)微(wēi)成(chéng)像(xiàng)（资(zī)料(liào)照(zhào)片(piàn)）。新(xīn)华(huá)社(shè)发(fā)

拥(yōng)有(yǒu)完(wán)整(zhěng)的(de)小(xiǎo)麦(mài)基(jī)因(yīn)组(zǔ)图(tú)谱(pǔ)，就(jiù)像(xiàng)拥(yōng)有(yǒu)了(le)一(yī)张(zhāng)详(xiáng)细(xì)地(de)图(tú)，可(kě)以(yǐ)清(qīng)楚(chu)解(jiě)析(xī)基(jī)因(yīn)组(zǔ)里(lǐ)的(de)一(yī)些(xiē)复(fù)杂(zá)区(qū)域。“这(zhè)就(jiù)像(xiàng)找(zhǎo)到(dào)了(le)小(xiǎo)麦(mài)基(jī)因(yīn)组(zǔ)里(lǐ)一(yī)个(gè)个(gè)房(fáng)间(jiān)的(de)小(xiǎo)钥(yào)匙(shi)，为(wèi)研(yán)究(jiū)这(zhè)些(xiē)复(fù)杂(zá)区(qū)域的(de)进(jìn)化(huà)过(guò)程提供了新线索。”何航说。

利用这张高质量基因组图谱，研究团(tuán)队(duì)还(hái)注(zhù)释(shì)了14万多个高置信度蛋白编码基因，其中包括许多新发现的抗病基因，这为小麦抗病育种提供了新方向。

邓兴旺说，这一完整的小麦基因组图谱在完整性、连续性和准确性上具有显著优势，不仅深化了人们对小麦基因组结构和进化机制的理解，还为解析其他复杂多倍体作物基因组提供了范例。依(yī)托(tuō)此(cǐ)图(tú)谱(pǔ)，未(wèi)来(lái)科(kē)学(xué)家(jiā)将(jiāng)能(néng)更(gèng)精(jīng)准(zhǔn)挖(wā)掘(jué)与(yǔ)产(chǎn)量(liàng)、品(pǐn)质(zhì)、抗(kàng)病(bìng)性(xìng)相(xiāng)关的(de)关键基(jī)因(yīn)，为(wèi)小(xiǎo)麦(mài)品(pǐn)种(zhǒng)改(gǎi)良(liáng)带(dài)来(lái)突(tū)破(pò)。

记(jì)者(zhě)魏(wèi)梦(mèng)佳(jiā)