珍珠粟基因组测序：改良干旱地区农艺性状的重要资源

珍珠粟（Cenchrus americanus）是干旱和半干旱地区（尤其是撒哈拉以南非洲和南亚）超过 9000 万农户的主粮作物。它对极端环境条件的耐受力——如高温、低土壤湿度和有限的降雨——使其成为变暖气候下保障粮食安全的关键作物。尽管其在农业上具有重要意义，但直到现在，珍珠粟的基因组资源一直非常有限。

在发表于《自然·生物技术》（Nature Biotechnology）的最新研究中，我们为参考基因型 Tift 23D2B1-P1-P5 组装了 1.79 Gb 的基因组草图，鉴定出 38,579 个蛋白编码基因，并揭示了有助于耐热和抗旱的关键遗传适应机制。我们对 994 份珍珠粟材料进行了大规模重测序，深入分析了群体多样性、驯化模式和杂种优势预测，为旨在提高粮食产量、抗逆性和农艺性状的育种计划提供了宝贵的基因组基础。

主要发现

• 基因组组装与注释：
  • 实现了高质量的基因组组装，覆盖了 1.76 Gb 估计基因组大小的 90%。
  • 鉴定出与脂质生物合成相关的基因家族，有助于增强抗旱和耐热性。
  • 检测到 38,579 个蛋白编码基因，其中在角质层蜡质生物合成途径中发现了关键扩张，这对在高温环境下生存至关重要。
• 遗传多样性与驯化见解：
  • 对包括 31 份野生种在内的 994 份材料进行重测序，揭示了野生基因型之间强烈的群体结构，并将驯化起源追溯至西非中部。
  • 鉴定出 140 个受选择压力的基因组区域，包括与花序形态和生长性状相关的区域，展示了整个驯化过程中的遗传适应。
• 标记-性状关联与基因组选择：
  • 针对 20 个关键农艺性状开展了全基因组关联分析（GWAS），锁定了 1,054 个与产量、株高、穗部大小及逆境适应相关的显著遗传标记。
  • 基因组选择模型成功预测了高产杂交组合，使育种者能够加速改良杂交种的选择周期。

研究感悟

这个项目经历了一段艰难的发表历程。在《自然》（Nature）杂志经历了一年多的评审后，我们最终面临了拒稿——那是一段极其痛苦且令人沮丧的经历。然而，坚持不懈最终让我们在《自然·生物技术》（Nature Biotechnology）上成功发表。这仍然是该领域极具实力且备受推崇的顶级期刊。尽管经历了挫折，但这项工作的影响力和认可度让所有的挑战都变得值得。

研究全文可通过 Nature Biotechnology 在线访问。