谷子基因组测序：揭示禾本科进化与生物燃料潜力

谷子（Setaria italica，又称粟）是一种具有极高营养价值和历史意义的耐旱作物，早在 8,700 多年前就在中国被驯化。作为生命力最顽强的谷物之一，它是生物燃料研究和植物进化研究的理想模型。尽管谷子在经济和生态上具有重要地位，但一直缺乏完整的基因组参考序列。在发表于《自然·生物技术》（Nature Biotechnology）的最新研究中，我们发布了首个高质量的谷子基因组组装序列，揭示了与染色体进化、干旱适应性及生物燃料潜力相关的关键遗传特征。

主要发现

• 基因组组装与注释：
  • 成功将 423 Mb 的基因组草图锚定到 9 条染色体上，覆盖了约 86% 的估计基因组大小。
  • 鉴定出 38,801 个蛋白编码基因，其中 81% 在不同组织中表现出表达活性。
• 进化洞察与染色体重排：
  • 通过与水稻和高粱的比较基因组学分析，发现了 3 次重大的染色体重排事件，揭示了禾本科进化过程中的关键分化点。
  • 研究发现谷子共享了发生于约 7,000 万年前的祖先全基因组加倍（WGD）事件，该事件发生在谷子与高粱、玉米分化之前。
• 功能基因组学与关键性状定位：
  • 研究了与 C4 光合作用（一种高效的固碳途径）相关的基因，深入探讨了其在增强抗旱性和生物量产量中的作用。
  • 稀禾定（Sethoxydim）抗性定位成功锁定了与除草剂耐受性相关的遗传变异，增强了谷子在可持续农业中的应用潜力。

研究感悟

华大基因（BGI）农业研究部门长期以来一直将谷子视为重要的模型作物。这不仅是因为它起源于中国且至今仍被广泛种植，更因为它具有卓越的耐旱性和营养优势。虽然较低的产量在历史上限制了其大规模商业扩张，但其遗传特性在生物燃料应用和抗逆作物开发方面蕴含着巨大潜力。

这项研究是植物基因组研究的一个重要里程碑，标志着谷子参考基因组构建与性状定位分析的圆满成功。当时我们的研究团队与另一国际团队开展了并行研究，两项关于谷子基因组的研究成果最终同步发表。通过将高通量测序技术与应用基因组学相结合，我们旨在加速作物改良、资源保护和农业可持续发展。

研究全文可通过 Nature Biotechnology 在线访问。