7月18日23时许，四川农业大学小麦研究所彭远英教授研究团队的研究论文《基于参考基因组揭示六倍体燕麦的起源和进化》在国际知名学术期刊《自然·遗传学》（Nature Genetics）上在线发表，同时期刊还特别邀请论文作者撰写研究简报《栽培燕麦的起源与进化》，对成果进行了推介。小麦研究所教授魏育明为共同通讯作者。

论文题目和作者截图

该项研究首次破译六倍体栽培裸燕麦的基因组，并深入研究了六倍体燕麦的起源与亚基因组进化，绘制出燕麦的“基因密码图”。审稿人评价这一研究“代表了植物基因组学特别是谷物基因组学的重大进展”。该项研究将加速栽培燕麦的遗传改良和分子设计育种，对培育优良燕麦品种、提升燕麦产业竞争力、保障粮食安全将产生重要作用，可进一步满足新时代人们对营养健康食物的要求。

解码燕麦的“中国芯”，助力育种和遗传研究

说起燕麦，大家想到最多的可能是在早餐中，我们经常会在牛奶中添加这种健康谷物。

作为营养价值很高的粮、饲兼用型作物，燕麦在全球得到青睐，随着人们对营养与保健两方面需求的提高，它已成为一种日益重要的谷物品种。近年来，我国燕麦产业以年产值20%以上的增速快速发展。

论文第一作者和共同通讯作者、四川农大小麦研究所教授彭远英告诉介绍道，“燕麦分为带稃型（皮燕麦）和裸粒型（裸燕麦）两大类，裸燕麦则起源于中国。”

目前，燕麦广泛分布在五大洲42个国家。世界各国的栽培种以皮燕麦为主，而我国主要种植裸燕麦。中国燕麦主产区有内蒙古、河北、吉林、山西、陕西、青海和甘肃等地，云、贵、川、藏有小面积的种植。

“裸燕麦加工工艺更加简单，具有更高的蛋白和粗脂肪含量，且氨基酸组成更加平衡，极具研究价值。” 彭远英介绍说。

中国裸燕麦品种“三分三”

此次发表的成果，正是以我国裸燕麦起源中心的地方裸燕麦品种“三分三”为材料，通过对“三分三”的研究，绘制出了燕麦基因组21对染色体的分子图谱，注释出了12万个蛋白编码基因。该研究为科研人员解析燕麦基因组进化和驯化，提供了高质量的基因组信息和全新视角。

“中国作为六倍体栽培裸燕麦的起源和主要种植中心，我们需要通过明确我国特有的裸燕麦的基因组信息，以进一步挖掘以裸粒驯化性状为代表的基因资源。”彭远英表示：“有了基因组图谱，我国裸燕麦的育种和遗传研究就会进入快车道。”

彭远英进一步解释，这就像破解其他作物的基因密码一样，我们以后就能根据基因信息来定向培育具有特定性状、功能的裸燕麦。比如提升品种抗病性；控制种子大小，增加产量；让其中β-葡聚糖含量更高，以帮助食用者通过摄入膳食纤维有效控制胆固醇和糖尿病。

研究全部由中国人完成，要让燕麦装上更多“中国芯”

《基于参考基因组揭示六倍体燕麦的起源和进化》这项研究于2018年启动，由四川农业大学和吉林省白城市农业科学院联合中国科学院遗传与发育生物学研究所、四川大学、西昌学院、中国农业科学院和武汉希望组生物科技有限公司合作完成。四川农业大学为第一完成单位，研究团队由国家燕麦荞麦产业技术体系首席科学家、吉林省白城市农业科学院院长任长忠研究员领衔。

彭远英（左）与任长忠一起查看燕麦情况

目前全国研究燕麦的科学家不多，任长忠为国家燕麦荞麦产业技术体系的首席科学家，多年坚持从事燕麦育种工作。彭远英主要从事燕麦基础研究，研究燕麦已接近20年，在栽培燕麦的起源进化方面积累了丰富的研究基础。

令研究团队最骄傲的是，这项研究全部由中国人自己完成。“深入研究中国特有的燕麦种质资源，就是希望牢牢把种质资源握在我们自己手里，让燕麦品种装上更多‘中国芯’。”彭远英说。

“中国作为裸燕麦的起源和种植中心，具有丰富的裸燕麦遗传多样性，种植历史悠久，具有独特的种质芯片竞争优势。”任长忠研究员说。

研究难度极大，燕麦基因组测序结果姗姗来迟

二十一世纪伊始，科学家们就将基因组测序的目标锁定到农作物身上。早在2002年水稻基因组图谱便已发表，此后玉米、马铃薯、大豆、小麦等众多主要农作物的基因组测序也相继完成。时隔20年，燕麦的基因组测序结果姗姗来迟，正是因其研究难度极大。

和小麦、水稻等粮食作物相比，燕麦的研究基础薄弱，打个比方，国内搞小麦研究的科研人员数量是燕麦的几百倍。研究燕麦相当于白纸作画，团队主要以小麦作为参照进行研究。

其次，六倍体栽培裸燕麦基因组庞大而复杂，体量约为水稻基因组的40倍，且有大约87%的基因组DNA为重复序列，致使其基因组测序组装研究非常困难。可以说，六倍体燕麦参考基因组是迄今为止科学家测序的所有物种中最复杂的基因组之一。

彭远英在田间搞研究

“虽然基因组研究主要在实验室完成，没有辛苦的田间工作，但数据量非常大。整个测序的原始数据和分析数据，我们用了20个5T的硬盘。常规分析跑完一轮就需要2个月。”彭远英团队前后找了多家合作单位合力作战，最终完成了本项研究。

针对六倍体燕麦亚基因组构成及其高重复序列含量导致的在基因组装中可能遇到的问题，科研团队设计了选用可进行更长DNA片段高精确度测序的超长测序技术，并利用近20年的燕麦属物种研究经验积累，选择了栽培燕麦最可能的四倍体和二倍体祖先，结合HiC、二代测序、全长转录组测序和转录组测序等不同技术手段，最终完成了中国裸燕麦的染色体组装、挂载和注释，获得了裸燕麦的高质量参考基因组。

燕麦和小麦一样，也适合在四川广泛种植

在获得的燕麦参考基因组基础上，该项研究还有一些有趣的发现。

栽培燕麦的起源和多倍化历史

从全基因组层面解析燕麦在主要禾谷类作物中的进化地位和栽培燕麦的起源及多倍化历史后，研究发现，燕麦属物种约在800万年前产生。而在约50万年前——人类旧石器时代，现在广泛种植和食用的六倍体栽培燕麦就通过AA基因组二倍体和CCDD基因组四倍体杂交加倍形成了。彭远英表示，深入了解燕麦的进化历史，将有力推动燕麦优良品种的选育工作。

此外，燕麦参考基因组的构建作为燕麦研究迈入基因组时代的第一步，将使燕麦的全基因组选择育种和精准育种成为可能。“我们现在可以开始考虑如何使用现代育种策略，如基因组编辑等方法，进一步改进和开发特定的燕麦品种，以满足全球对这种健康食品和优质饲草日益增长的需求。”彭远英表示。

接下来，该研究团队还将结合原有研究优势，在已有基础上进一步深入开展燕麦起源、驯化和优异基因资源发掘与利用等研究工作，期望研究结果能进一步推动燕麦的应用基础研究和育种。

“燕麦的抗逆性和适应性很强，为了不与其他粮食作物争地，目前主要种植在高海拔或土壤相对贫瘠的地区，但其实燕麦和小麦一样，也适合在四川广泛种植。”彭远英认为，四川种植燕麦有自己的优势，可以种植两季，成都平原和其他平坝区可以10月份播种，来年4、5月份收获，高寒山区可以3、4月份播种，当年秋季收获。

目前，燕麦在四川的凉山彝族自治州等地有少量种植，产量相对较低，未来提升空间很大。此外，四川弱光照的条件更适合燕麦饲草的生长，未来应该在西南地区饲草燕麦的发展上多下功夫。

来源：川观新闻