近日，西北农林科技大学吉万全团队成功破译十倍体长穗偃麦草基因组，为它编出一部高质量的“基因字典”，让小麦抗病、抗旱、耐盐碱育种从此“有典可循”。
“我们团队一直秉承李振声先生的小麦远缘杂交研究思路，把十倍体长穗偃麦草里边的抗条锈病、白粉病、赤霉病和抗旱、耐瘠薄、耐盐碱等优良基因，导入小麦中，培育更多抗病、安全、优良的小麦品种。”西北农林科技大学小麦育种专家吉万全介绍。
不过，想把这些有益基因稳稳“搬”进小麦，前提是先把它的基因组读明白。而这部“书”恰恰是小麦族里最厚、最难读的一本。
“普通小麦是异源六倍体，基因组有160亿个碱基对，而十倍体长穗偃麦草是同源异源十倍体，有413亿个碱基对，水稻才有3.9亿多碱基对，这相当于106个水稻的基因组。它重复序列多，测序要先打断再接起来，就很困难。”西北农林科技大学小麦育种专家吉万全向记者介绍。
六年前，吉万全教授团队就启动了该基因组测序项目。第一版组装很快：用三代测序HiFi加Hi-C技术，不到半年就拼出70条染色体、36G的基因组，相当于全部的92%。剩下8%，因等位染色体、同源异源染色体高度相似，怎么也接不上。
为了突破这个8%，吉万全教授团队又开始摸索适合这个物种的组装方法：尝试花粉单细胞基因组测序、构建小麦与长穗偃麦草杂种F1辅助组装，用长读长测序结合迭代重组装策略攻克单倍型塌缩难题。
终于在今年9月30日，这项成果在《Molecular Plant》在线发表，41.33Gb的高质量单倍型基因组精细图谱就此成型——这本“基因字典”也就编成了。
那么这本“字典”里到底写了什么？
答案是41.33Gb遗传信息，57万余个高置信度基因，这是目前小麦家族里基因数量最多的“基因库”。其中3.2万余个转录因子相当于基因的“调控开关”：它们不直接上阵干活，而是决定哪个基因在什么时候、哪个部位、开多大——抗病、抗旱的基因何时启动，全听它们指挥。
还有3.2万余个抗病基因，特别是能让小麦抵抗赤霉病的关键基因Fhb7，形成了含22个拷贝的串联基因簇，分布在5条染色体上，这为今后研究抗赤霉病的小麦品种提供了研究方向。
此外，团队还构建了包含348份材料的渐渗系群体，编目了育种中捕获的有利变异。这348份材料，是把长穗偃麦草的染色体片段一段段“搬”进小麦后的成果，相当于一本“实战案例索引”：哪段片段带来了抗病、耐盐碱的好处，一查便知。
“基因组测序，就相当于我们有一本书，书里有什么内容我们不知道，测序就是把它读完、读明白，测完就知道哪些基因在哪些染色体上。要培育抗条锈病的品种，我们就把十倍体长穗偃麦草里染色体包含这个基因的一段转到小麦里去，抗条锈病的品种就出来了。可以说，未来育种的速度和效率就会快一些。”吉万全向我们形象地比喻道。
据了解，吉万全教授团队在这个领域深耕四十多年，创制出2000多份抗病抗逆新种质，育成15个小偃麦新品种，其中“西农511”连续五年入选国家农业主导品种，累计推广近5000万亩。
记者：张妮 王鹏超
（来源：中国农科新闻）
