突破瓶颈！河南大学在探索小麦遗传改良研究中取得重要成果！！

“这就是节节麦。”河南大学周云博士指着几盆不起眼的杂草对《中国科学报》说，“它既被人们视为恶性杂草，同时也是小麦D基因组遗传改良的基因‘宝库’。”

节节麦是禾本科山羊草属一年生草本植物，起源于亚洲西部里海沿岸，在中国分布于陕西、河南、山东等地。因为有着超强的繁殖和适应能力，它很快就能“称霸”田间地头。尽管在普通人眼里，节节麦是种顽劣难除的杂草，但它却成为植物学家实验室的“常客”。

周云解释说，在普通小A麦起源过程中，涉及3个二倍体祖先种。大约50万年前，乌拉尔图小麦（AA）与拟斯卑尔托山羊草（SS≈BB）杂交，形成四倍体小麦（AABB）。随后在大约1万年前，四倍体小麦与节节麦（DD）第二次杂交，形成了现在的六倍体小麦，为AABBDD基因组。

“节节麦是六倍体小麦D亚基因组的野生祖先种，但只有极少数节节麦品系参与了早期六倍体小麦形成。”河南大学作物逆境适应与改良国家重点实验室李浩博士告诉《中国科学报》。

借助简化基因组测序技术，研究人员将全球208个节节麦群体（包含104个中国节节麦）分为两个大类、6个亚群。明确了中国分布的节节麦含有4个亚群，并推测至少有3种传播路线或事件发生。研究人员还建立了基于SNP（单核苷酸多态性）、染色体核型和节节麦穗型的综合分类标准，构建了包含1245份非冗余节节麦种质的数据库。

“这些研究为全球节节麦种质资源的有效和合理挖掘利用提供重要启示。”宋纯鹏对《中国科学报》说，“同时，我们也提出一个问题，既然极少数节节麦品系参与了现代小麦的起源，那么野生节节麦庞大的基因库是不是对于现代小麦改良具有价值？”

打开 “宝库”

“这就是节节麦。”河南大学周云博士指着几盆不起眼的杂草对《中国科学报》说，“它既被人们视为恶性杂草，同时也是小麦D基因组遗传改良的基因‘宝库’。”

节节麦是禾本科山羊草属一年生草本植物，起源于亚洲西部里海沿岸，在中国分布于陕西、河南、山东等地。因为有着超强的繁殖和适应能力，它很快就能“称霸”田间地头。尽管在普通人眼里，节节麦是种顽劣难除的杂草，但它却成为植物学家实验室的“常客”。

周云解释说，在普通小A麦起源过程中，涉及3个二倍体祖先种。大约50万年前，乌拉尔图小麦（AA）与拟斯卑尔托山羊草（SS≈BB）杂交，形成四倍体小麦（AABB）。随后在大约1万年前，四倍体小麦与节节麦（DD）第二次杂交，形成了现在的六倍体小麦，为AABBDD基因组。

“节节麦是六倍体小麦D亚基因组的野生祖先种，但只有极少数节节麦品系参与了早期六倍体小麦形成。”河南大学作物逆境适应与改良国家重点实验室李浩博士告诉《中国科学报》。

借助简化基因组测序技术，研究人员将全球208个节节麦群体（包含104个中国节节麦）分为两个大类、6个亚群。明确了中国分布的节节麦含有4个亚群，并推测至少有3种传播路线或事件发生。研究人员还建立了基于SNP（单核苷酸多态性）、染色体核型和节节麦穗型的综合分类标准，构建了包含1245份非冗余节节麦种质的数据库。

“这些研究为全球节节麦种质资源的有效和合理挖掘利用提供重要启示。”宋纯鹏对《中国科学报》说，“同时，我们也提出一个问题，既然极少数节节麦品系参与了现代小麦的起源，那么野生节节麦庞大的基因库是不是对于现代小麦改良具有价值？”

打开 “宝库”

“小麦的基因非常‘抱团’。”周云说，“这种特性让小麦在驯化过程中，丢失了一些其他优良品性，比如，抗病、抗虫、抗逆性。

”上世纪五六十年代，小麦条锈病肆虐，当时药物防治基本无效，我国西北小麦产区减产30%。中科院院士、小麦远缘杂交奠基人李振声用小麦和偃麦草杂交，培育出抗锈病菌的八倍体“小偃”系列。

偃麦草是小麦近缘物种，而“节节麦是小麦的祖先物种，就像器官移植一样，小麦不‘排斥’节节麦基因组”，进行杂交育种的难度相对较小，成功的几率也更大。

另一方面，节节麦被视为难以清除的“恶草”，说明其生存能力、适应能力超强，其携带的基因很可能有某种抗逆性状。

“野生节节麦群体是小麦D亚基因组改良的种质资源库。找回小麦驯化过程中丢掉的基因，可以用来培育抗逆品种，或者获得一些现代小麦原来没有的品性。”李浩说，“现在带有原始D基因组的野生六倍体小麦已经找不到了，只能在祖先种节节麦中寻找。”

确定了节节麦的重要价值，团队就开始进行节节麦的基因组和比较基因组研究。先后组装了4个新参考基因组，重新测序了278个节节麦品系，结合普通小麦和节节麦的代表性基因组进行比较基因组分析，鉴定出了代表性节节麦中蕴含着非常丰富的基因变异，并且发现大多表现与抗逆相关的基因功能。因而，这些基因变异和结构变异都可能引起小麦品性的变化，是将来潜在用于小麦遗传改良的重要遗传资源。

基于全基因组的分析结果，科研人员构建了节节麦的核心种质，涵盖了该物种整体99%以上的遗传变异。同时，为加速节节麦优良基因资源在现代小麦D基因组改良中的应用过程，建立了快速基因渗入平台，他们把世界范围内的节节麦和现代小麦品种进行远缘杂交，创制了一百多套节节麦—小麦合成八倍体库，将节节麦的整体遗传变异转移到优势小麦上，丰富小麦D基因组改良的种质资源库。

“建成八倍体库是实现小麦D基因再驯化的第一步，也是最关键的一步。完成这一步，将节节麦的优良基因带入小麦就成为可能。”宋纯鹏说，“我们为利用全球节节麦基因资源提供了一种方法学、材料基础和基因资源库。海内外研究人员如果想利用节节麦种质资源进行研究都可以来跟我们合作。”

重新“出发”

“小麦的基因非常‘抱团’。”周云说，“这种特性让小麦在驯化过程中，丢失了一些其他优良品性，比如，抗病、抗虫、抗逆性。

”上世纪五六十年代，小麦条锈病肆虐，当时药物防治基本无效，我国西北小麦产区减产30%。中科院院士、小麦远缘杂交奠基人李振声用小麦和偃麦草杂交，培育出抗锈病菌的八倍体“小偃”系列。

偃麦草是小麦近缘物种，而“节节麦是小麦的祖先物种，就像器官移植一样，小麦不‘排斥’节节麦基因组”，进行杂交育种的难度相对较小，成功的几率也更大。

另一方面，节节麦被视为难以清除的“恶草”，说明其生存能力、适应能力超强，其携带的基因很可能有某种抗逆性状。

“野生节节麦群体是小麦D亚基因组改良的种质资源库。找回小麦驯化过程中丢掉的基因，可以用来培育抗逆品种，或者获得一些现代小麦原来没有的品性。”李浩说，“现在带有原始D基因组的野生六倍体小麦已经找不到了，只能在祖先种节节麦中寻找。”

确定了节节麦的重要价值，团队就开始进行节节麦的基因组和比较基因组研究。先后组装了4个新参考基因组，重新测序了278个节节麦品系，结合普通小麦和节节麦的代表性基因组进行比较基因组分析，鉴定出了代表性节节麦中蕴含着非常丰富的基因变异，并且发现大多表现与抗逆相关的基因功能。因而，这些基因变异和结构变异都可能引起小麦品性的变化，是将来潜在用于小麦遗传改良的重要遗传资源。

基于全基因组的分析结果，科研人员构建了节节麦的核心种质，涵盖了该物种整体99%以上的遗传变异。同时，为加速节节麦优良基因资源在现代小麦D基因组改良中的应用过程，建立了快速基因渗入平台，他们把世界范围内的节节麦和现代小麦品种进行远缘杂交，创制了一百多套节节麦—小麦合成八倍体库，将节节麦的整体遗传变异转移到优势小麦上，丰富小麦D基因组改良的种质资源库。

“建成八倍体库是实现小麦D基因再驯化的第一步，也是最关键的一步。完成这一步，将节节麦的优良基因带入小麦就成为可能。”宋纯鹏说，“我们为利用全球节节麦基因资源提供了一种方法学、材料基础和基因资源库。海内外研究人员如果想利用节节麦种质资源进行研究都可以来跟我们合作。”

重新“出发”