小麥基因組研究現狀與展望

成功實踐“模塊耦合育種”理論

“分子模塊耦合育種”理論的提出是分子設計育種先導專項的理論創新，經過多年的攻堅努力，目前該理論在小麥育種領域已經得到實踐驗證，成績斐然。西南地區是我國小麥主產區之一，也是小麥條銹病的主要發源地。培育抗條銹病小麥新品種是對于從源頭上防治我國小麥病害尤為重要。在“多模塊耦合育種”理論的指導下，中國科學院成都生物研究所小麥研究團隊通過耦合抗條銹病分子模塊?Yr7?和?Yr17、無芒性狀分子模塊?Xgwm291?和矮稈分子模塊Rht-D1b?育成了抗倒、抗病、優質、無芒、適宜機械化收割的小麥新品種“川育?25”。通過耦合大粒分子模塊?QTkw.saas-5B?和抗條銹病分子模塊?YrCH42?育成的高產抗病品種中“科麥?138”，是四川省近?10?年來唯一一個在區試和生產試驗中產量提高均超過?10%?的突破性新品種，被列為?2016?年四川省主導小麥品種。通過導入糯性分子模塊（Wx-A1b、Wx-B1b?和?Wx-D1b）和低?PPO?分子模塊Ppo2A1b/Ppo2D 1a?育成的全糯專用優質小麥品種“中科糯麥1號”，實現了優質、高產、抗病等多個優良性狀的有機結合，在食品加工與釀酒領域具有廣闊的應用前景。截至?2018?年，這?3?個模塊新品種累計推廣面積已達?158?萬畝，對我國西南地區小麥新品種升級換代起到了引領作用。

解析耐鹽、耐旱分子模塊

我國環渤海地區擁有?4?000?多萬畝中低產田和?1?000?多萬畝鹽堿荒地，長期遭受旱、澇、堿災害。培育抗旱、抗鹽堿的小麥新品種對于當地農業的增產和增收尤為重要。2017?年遺傳發育所培育的“小偃?60”通過了河北省農作物品種委員會審定（冀審麥?2016030?號）。滄州的運東地區（運河以東地區）是土壤鹽堿程度較為嚴重地區，截至?2018?年，“小偃?60”在該地區的累積示范推廣面積已達?21?000?畝。通過構建“中麥?175”與“小偃?60”的重組自交系群體，利用小麥?55K SNP?芯片構建遺傳連鎖圖譜，并結合苗期和大田成株期耐鹽相關表型的調查數據，目前已經定位到耐鹽相關的數量性狀基因座（quantitative trait locus，QTL）數十個。通過轉錄組學分析發現，“小偃 60 ”可能通過調節光合作用和茉莉酸信號通路增強自身的耐鹽、耐旱性。

研究展望

小麥全基因組測序和關聯分析

現有測序數據已經表明，六倍體小麥與二倍體、四倍體小麥基因組非常相似，說明多倍體形成之后的基因損失是有限的。不過小麥基因組的一個特點是含有大量的重復序列，而且這些序列高度相似又不完全相同。因此，精確定位和分離小麥基因及轉錄本的難度還是挺大的。目前，長片段三代測序技術日益普遍，這無疑為小麥基因組和轉錄組的測序提供了便利。期望后續測序技術的變革和分析方法的改進可以進一步補充完善現有普通小麥基因組精細圖譜，或是完成更多小麥品種的基因組組裝和注釋。

在小麥參考基因組序列圖譜繪制方面，我國科學家已經走在了前列，并為我國小麥功能基因組學研究搭建了良好的平臺。此外，伴隨測序成本的不斷降低，預期未來幾年內小麥全基因組重測序和關聯分析研究會成為重要的發展方向。譬如，利用小麥近緣種、農家種、主栽品種及其遠緣雜交所構建的易位系、附加系、代換系，以及飽和突變體庫等材料進行全基因組重測序，重點開展小麥及其親緣種復雜性狀的基因組學、表觀基因組學、比較基因組學和進化基因組研究，在全基因組水平上揭示小麥起源與馴化的歷史，以及多倍體、二倍化的遺傳與表觀遺傳學機制，解析小麥重要農藝性狀形成的遺傳調控網絡，挖掘并利用優異等位基因。此外，野生種質資源研究已經從野生資源的收集、保存轉向深入研究和利用，通過遺傳群體構建或是多種質資源的深度重測序，充分利用和挖掘野生遺傳資源將有利于改良現有作物品種。