栽培甘蔗全染色体图谱首次问世

　　福建农林大学等团队合作进行迄今规模最大的甘蔗群体遗传学研究

　　甘蔗提供了全球80%的食糖，但其基因组极其复杂。如今，这个谜题终于被中国科学家联手解开。5月27日，国际顶级学术期刊《自然》（Nature）在线发表了一项重磅研究：由中国农业科学院深圳农业基因组研究所张兴坦（福建农林大学兼职教授）团队牵头，联合福建农林大学明瑞光教授团队等10余家单位，成功破译了栽培甘蔗的完整基因组，并绘制出高糖高产的“遗传蓝图”。

　　“这就像我们拿到了甘蔗这种‘甜蜜之王’的完整‘设计图纸’。”明瑞光表示，该研究系统性地攻克了多倍体基因组研究中的三大技术瓶颈，首次为栽培甘蔗构建了完整的全染色体遗传图谱，并从基因到细胞层面揭示了甘蔗成为“世界第一产糖作物”的深层原因。

　　“我们对来自全球19个主要甘蔗产区的981份甘蔗种质进行了重测序——包括78份热带种、290份野生割手密种和613份杂交栽培品种，产生了125.58Tb的测序数据。”明瑞光介绍，这是迄今规模最大的甘蔗群体遗传学研究。通过选择性清除分析，从自然选择、驯化选择到人工改良多维度还原了甘蔗从野生植物到“甜蜜之王”的演化历程。

　　研究还发现，甘蔗的高含糖量不仅取决于糖代谢基因的活性，更取决于储糖“仓库”——薄壁细胞的大小。细胞越大，液泡空间越大，能容纳的蔗糖就越多。

　　为了找到调控薄壁细胞大小的关键基因，研究团队利用KMERIA对265个品种进行了多倍体GWAS分析。

　　结果锁定了多个关键基因，首次在分子水平上证实了蔗糖转运能力与储糖细胞大小之间的因果关系——蔗糖转运越高效，储糖细胞就越大，含糖量就越高。研究还揭示了多倍体育种的一个普遍原理：有利单倍型存在最佳剂量窗口，亚基因组的整体平衡至关重要。

　　该研究在方法学上开发的三大工具构成了完整的多倍体基因组学分析框架，可推广至其他多倍体作物；在基础科学上首次将甘蔗的储糖机制从基因层面延伸到细胞层面；在育种应用上鉴定出的SUS2、SUT2等关键基因为分子标记辅助选择和基因编辑育种提供了直接靶点。

　　这意味着，未来育种家可以利用该研究成果，精准地“调优”甘蔗中的SUT2基因，培育出“罐子更大、装糖更多”的甘蔗新品种。（记者 梁凯鸿）