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《小麦基因组研究助力中国性状遗传改良》学术报告
作者团队与发表信息
本文由Jun Xiao、Bao Liu、Yingyin Yao等来自中国科学院、中国农业科学院、中国农业大学等20余家机构的学者联合撰写，发表于2022年9月的《Science China Life Sciences》（第65卷第9期，1718-1775页），DOI: 10.1007/s11427-022-2178-7。
主题与背景
本文系统综述了小麦基因组学与遗传改良领域的研究进展，重点探讨了中国科学家在产量、抗逆性、开花调控等性状的分子机制及育种策略上的贡献。作为全球40%人口的主粮作物，六倍体小麦（Triticum aestivum L.）的基因组复杂性（约16 Gb，80%为重复序列）长期制约其研究。随着多组学技术和基因编辑工具的突破，小麦功能基因组学正进入“黄金时代”。
主要观点与论据
1. 小麦基因组学与驯化历史的突破
- 基因组组装进展：
已发布包括二倍体祖先种（如T. urartu, A基因组；Ae. tauschii, D基因组）、四倍体野生二粒小麦（T. turgidum ssp. dicoccoides, AABB）及多个六倍体栽培品种（如中国春Chinese Spring）的参考基因组。例如，中国团队完成的T. urartu基因组（4.94 Gb）覆盖度达98.4%，注释41,507个基因（Ling et al., 2018）。
- 驯化关键基因：
非落粒性由Brittle Rachis（Br）基因突变驱动，而游离脱粒特性与Q基因（AP2L5）和Tenacious Glume（Tg）位点相关。全基因组重测序揭示，现代小麦的遗传瓶颈源于驯化过程中的有限奠基者效应，但通过远缘杂交（如与黑麦Secale cereale的1RS染色体片段渗入）可拓宽遗传多样性。
2. 远缘杂交与合成小麦的育种应用
- 基因库资源利用：
小麦近缘属（如Thinopyrum、Dasypyrum）的抗病基因（如抗赤霉病Fhb7、抗白粉病Pm21）通过染色体工程转入栽培小麦。例如，中国育成的“小偃6号”源自小麦与Th. ponticum的杂交，兼具高产与抗逆性（Li, 2018）。
- 合成六倍体小麦（SHW）：
通过人工杂交四倍体小麦与Ae. tauschii，创制了1,577份SHW材料，其中86个衍生品种在20个国家推广，显著提升了抗病性和产量潜力（Hao et al., 2020b）。
3. 产量性状的分子调控网络
- 粒重与淀粉合成：
基因如TaNAC100（激活TaSUS2表达）、TaBT1（ADP-葡萄糖转运体）和TaGW2（E3泛素连接酶）通过调控淀粉积累影响粒重（Li et al., 2021c; Zhu et al., 2022）。
- 穗粒数调控：
开花基因VRN1、FT1/VRN3和WFZP（FRIZZY PANICLE同源基因）通过控制小穗原基分化时长调节穗粒数。例如，FT1缺失突变可延长小穗分化期，增加穗粒数（Chen et al., 2022）。
- 分蘖数优化：
Tin1（纤维素合酶类基因）和TaTB1（Teosinte Branched1同源基因）负调控分蘖，而TaMOC1（GRAS家族转录因子）促进分蘖芽萌发（Zhang et al., 2021a）。
4. 绿色革命基因Rht的协同效应
GA敏感型（如Rht8）和GA不敏感型（如Rht-B1b/D1b）矮秆基因通过降低株高、提高收获指数增产。Rht8在干旱环境下表现优异，而Rht-B1b/D1b（“绿色革命”基因）在全球小麦育种中广泛应用（Flintham et al., 1997）。
5. 抗逆与养分高效利用的遗传基础
- 抗病基因克隆：
抗白粉病基因TaMLO的CRISPR编辑突变体通过染色质重构激活相邻基因TaTMT3，实现广谱抗性且无产量损失（Li et al., 2022b）。
- 养分效率：
氮磷高效基因（如TaNRT2.5、TaPHT1.9）的等位变异通过GWAS鉴定，其启动子区变异影响根系构型（Yang et al., 2019）。
论文价值与意义
1. 科学价值：整合多组学数据解析了小麦复杂性状的调控网络，为多倍体作物研究提供范式。
2. 应用价值：提出的分子设计育种策略（如SHW创制、CRISPR编辑）已在中国小麦改良中实践，助力可持续农业。例如，携带Fhb7的中科166品种实现赤霉病中抗（DOI: 10.1101⁄2021.02.03.429547）。
3. 前瞻性：强调高通量表型组、速度育种（speed-breeding）与人工智能结合的未来方向，以应对气候变化挑战。
亮点
- 多维度资源整合：涵盖25个小麦及其近缘属基因组数据，建立Triticeae-GeneTribe等数据库支持比较基因组学。
- 技术方法创新：如基于HiFi测序的染色体级别组装（Sato et al., 2021）、TaMLO的基因组编辑与表观遗传调控联用（Li et al., 2022b）。
- 中国主导研究：50%以上引用文献为中国团队成果，体现中国在小麦基因组学领域的国际引领地位。
（注：全文约2000字，严格遵循专业术语翻译规范，如GWAS=全基因组关联分析、CRISPR=规律间隔成簇短回文重复序列；机构名保留英文缩写如CAAS=中国农业科学院。）