近日，由中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所特色農(nóng)作物優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用創(chuàng)新團隊牽頭，聯(lián)合國內(nèi)外10余家科研單位，對來自14個國家的510份苦蕎核心資源的全基因組進行重測序，構(gòu)建了苦蕎基因組變異圖譜，解析了苦蕎種質(zhì)資源的遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu)，揭示了苦蕎的起源和傳播馴化路徑，明確了我國西南地區(qū)作為全世界苦蕎多樣性中心和栽培苦蕎起源馴化中心的獨特地位，為研究苦蕎馴化和性狀改良奠定了重要的理論基礎(chǔ)。1月12日，相關(guān)研究成果以長文形式于發(fā)表在《基因組生物學（Genome Biology）》上。
據(jù)周美亮研究員介紹，苦蕎屬于蓼科蕎麥屬，它生長快速、生育期短、適應性強，能耐瘠薄土地，在全世界，尤其是東亞及東歐地區(qū)廣泛栽植，目前已有4000多年的歷史。蕎麥在中國栽培面積接近100萬公頃，年產(chǎn)量超過120萬噸，位居世界第二?？嗍w是我國西南彝區(qū)、邊疆藏區(qū)和高海拔冷涼山區(qū)的主要糧食，目前我國是全球最大的苦蕎生產(chǎn)國和消費國。苦蕎富含蘆丁、槲皮素、山奈酚、大黃素以及蕎麥糖醇等眾多生物活性物質(zhì)，有較高的可溶性膳食纖維、維生素和礦物質(zhì)元素含量，營養(yǎng)成分，與其他主要糧食作物可以形成很強的互補，是重要的藥食同源和健康養(yǎng)生作物。它較高的直鏈淀粉比例，豐富的不飽和脂肪酸、黃酮類物質(zhì)、蕎麥糖醇，具有養(yǎng)肝保肝、降血糖血脂、降膽固醇等保健價值，以及抗氧化、抗衰老、清除自由基、抗腫瘤等諸多藥用功效。然而，目前關(guān)于苦蕎的遺傳基礎(chǔ)和馴化過程并不清楚，重要性狀和品質(zhì)形成機理研究缺乏，嚴重制約其性狀改良和遺傳育種。
研究團隊作為中方代表參與歐盟地平線2020生態(tài)育種計劃（ECOBREED）并牽頭其中的蕎麥項目，利用中國豐富的蕎麥種質(zhì)資源優(yōu)勢，在不同生態(tài)區(qū)和耕作制度條件下篩選優(yōu)異蕎麥種質(zhì)資源，對優(yōu)異品質(zhì)性狀形成機理進行解析并挖掘其應用價值。為解開苦蕎的起源、傳播和馴化之謎，周美亮帶領(lǐng)團隊連續(xù)多年跋山涉水，從我國的西南地區(qū)搜集野生和農(nóng)家蕎麥資源上千份，構(gòu)建了涵蓋野生種、農(nóng)家種不同層次的510份苦蕎核心種質(zhì)資源，并對這些苦蕎核心種質(zhì)資源進行了基因組測序，挖掘到109萬余個單核苷酸多態(tài)性（SNP），全面系統(tǒng)的構(gòu)建了苦蕎基因組變異圖譜，并從分子水平證明了苦蕎起源于泛喜馬拉雅地區(qū)，然后傳播到中國的南方和北方，形成中國南北栽培苦蕎的兩個獨立分支，再由中國北方傳播到韓國、中亞、俄羅斯、歐洲以及北美地區(qū)，由此明確了我國西南地區(qū)作為全世界苦蕎多樣性中心和栽培苦蕎起源馴化中心的獨特地位。研究人員在栽培群體中分別鑒定到與株高、千粒重、果皮顏色、黃酮類物質(zhì)含量等農(nóng)藝和品質(zhì)性狀相關(guān)的獨立馴化區(qū)間及重要遺傳位點，從而在基因組水平上解開了苦蕎的起源、傳播和馴化的謎題。研究人員還對苦蕎資源進行了槲皮素、蘆丁和山奈酚等功能成分的黃酮醇含量測定，發(fā)掘出一批與三種黃酮醇含量顯著相關(guān)的遺傳位點，以及調(diào)控槲皮素和黃酮含量的關(guān)鍵因子。這些關(guān)鍵位點和基因的發(fā)現(xiàn)及其調(diào)控苦蕎黃酮含量分子機理的闡明將極大地推動蕎麥的品質(zhì)改良，加快蕎麥的遺傳育種進程。
該論文以作科所為第一完成單位和通訊單位，作科所張凱旋副研究員、博士后何銘、博士生范昱、趙輝，高斌博士為共同第一作者，周美亮研究員為通訊作者。四川省涼山彝族自治州西昌農(nóng)業(yè)科學研究所高山作物試驗站、比利時魯汶大學、捷克國家作物科學研究所、斯洛文尼亞農(nóng)業(yè)研究所和日本九州沖繩農(nóng)業(yè)研究中心也參與了該研究。研究得到國家重點研發(fā)計劃、歐盟地平線2020項目、國家自然科學基金項目等資助。
論文鏈接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-020-02217-7
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