9月30日，吉万全教授团队联合中国科学院遗传与发育生物学研究所贺飞研究组等多家单位，在国际知名期刊Molecular Plant在线发表研究论文，成功破解40-Gb十倍体长穗偃麦草基因组组装难题，绘制出高质量的41.33-Gb单倍型基因组精细图谱，为小麦抗逆与抗病育种建起一座“超级基因库”。
十倍体长穗偃麦草（Thinopyrum ponticum），具有抗小麦锈病、白粉病和赤霉病，根系发达、抗旱、耐盐碱和耐瘠薄，穗长花多等特性，是小麦遗传改良的重要基因库。吉万全教授秉承李振声院士小麦远缘杂交研究，持续四十余年深耕“小麦—十倍体长穗偃麦草”种质创新与育种利用，创制出2000余份小偃麦抗病抗逆新种质，育成小偃麦新品种15个，其中西农511连续五年（2022年—2026年）入选国家主导品种，累计推广近5000万亩，实现了抗病与优质的协同提升。
图1. 十倍体长穗偃麦草节段异源多倍体基因组特征
然而，十倍体长穗偃麦草（2n = 10x = 70）基因组高度重复，不同染色体组之间序列相似，高质量组装长期面临巨大挑战，严重制约其优异基因资源的挖掘与育种利用。针对这一瓶颈，研究团队采用长读长测序结合迭代重组装策略，有效解决了部分单倍型塌缩难题，最终获得高质量的单倍型基因组精细图谱。
通过比较基因组学、系统发育分析和k-mer分析，研究人员厘清了其二倍体祖先来源，并基于全基因组重组证据，揭示了该物种广泛的同源异源交换现象，确证了其节段异源多倍体（Segmental allopolyploid）的基因组组织特征（图1）。这一发现不仅厘清了其基因组归属，也为理解多倍体基因组稳定性维持的深层机制提供了关键的结构性证据。
图2. 十倍体长穗偃麦草导入片段的基因组特征及其对小麦农艺性状的优异基因贡献
研究共鉴定出577,421个高置信度基因，是目前小麦族基因组中基因数量最多的基因库，其中包含32,104个转录因子和32,552个R基因，展现出拓展小麦遗传多样性的巨大潜力。尤为引人注目的是，抗赤霉病关键基因Fhb7形成含22个拷贝的串联基因簇，分布于五条染色体上，显示出强大的抗病遗传潜力。
研究还构建了包含348份材料的小麦—长穗偃麦草渐渗系群体外源片段“导航图”，系统编目了育种实践中捕获的有利等位变异，揭示了蓝粒小麦（蓝色糊粉层）的候选调控因子，并证实扩展的Fhb7基因簇可作为可转移的抗赤霉病资源加以利用（图2）。新参考基因组使研究人员能够更精准地追踪外源染色体片段和优异等位变异，将数十年远缘杂交积累与现代基因组学研究紧密连接，为小麦育种家提供了可直接用于分子辅助选择的靶点与材料，有望加速突破性小麦新品种培育。
本研究由西北农林科技大学和中国科学院遗传与发育生物学研究所相关研究团队合作完成。西农青年教师邓平川为文章第一作者，吉万全教授为文章的最后通讯作者。遗传发育所谢菁忠博士和在读博士生李轩照、西农在读博士生陈向前为论文的共同第一作者，李轩照、贺飞研究员为论文的共同通讯作者，遗传发育所李振声院士、郑琪研究员，浙江大学武亮研究员，美国堪萨斯州立大学Eduard Akhunov教授及百迈客生物的戴鹤博士等参与了该研究工作。该研究受到杨凌种业创新中心基础研究计划（Ylzy-xm-03）等项目资助。
文章链接： https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(26)00314-X
