Mol Plant | 化劣勢為優勢：王萌等提出利用小麥復雜基因組特性挖掘特色耐逆基因的策略

除了兩極地區，小麥的種植范圍幾乎覆蓋全球；與此同時，作為唯一的越冬主糧作物，小麥種植周期長，在某些地區甚至長達十個月。因此，小麥的生產安全極易受到高溫、凍害、干旱、土壤鹽漬化等逆境因子的威脅。在當下全球氣候變暖導致極端天氣頻發的背景下，挖掘關鍵耐逆基因并解析其作用機制，繼而利用現代分子育種手段精準、快速改良小麥耐逆性，培育兼顧高抗、高效和高產的小麥，愈發受到重視。

然而，在過去很長一段時間里，“同源基因克隆”一直是小麥耐逆基因的主要挖掘手段，原創性和育種針對性都較弱。究其原因，小麥是一個異源六倍體作物，意味著大多數基因都有三個高度相似的拷貝（部分同源基因），而且其基因組中高達85%都是重復序列；這樣一個龐大而復雜的基因組，被認為是小麥功能基因組學研究的最大障礙和劣勢。

近年來小麥參考基因組、泛基因組和多組學大數據的不斷公布，預示著小麥基礎研究和育種工作進入到后基因組時代；如何利用小麥大數據信息，促使小麥基因挖掘工作實現從“模仿”向“原創”、從“同源基因克隆”向“特色基因挖掘”的突破，業已成為一個新的課題。近日，中國科學院南京土壤研究所王萌博士與國內外專家合作，打破“小麥基因組的多倍性和高度重復性是功能基因挖掘最大障礙”的傳統慣性思維，基于近期業內關于小麥復雜基因組與其廣泛適應性之間關系的新思考，及團隊在小麥特色耐鹽基因研究方面的新經驗（Wang et al., Nature Genetics，2024等），提出了“基因組特性是小麥特色耐逆基因挖掘應用獨到切入點”的全新觀點和研究策略，相關成果以Turning barrier to benefit: exploiting unique genomic features to identify stress-tolerance drivers in bread wheat為題在Molecular Plant發表。

作者指出，多倍化、轉座子等是形成自然變異和新基因的重要遺傳驅動力，因此，呼吁業界要重新審視小麥基因組的多倍性和高度重復性，化劣勢為優勢。更重要的是，基于小麥基因組兩大特性的獨特優勢，作者提煉出“低表達的部分同源基因”、“打破抗逆-產量拮抗性的基因”、“遠端/串聯重復基因”、“表達重編程基因”等四類小麥中的特色耐逆基因資源。進一步通過分析四類特色基因的形成機制和剖析案例，系統提出了小麥特色耐逆基因的挖掘策略和應用優勢。該研究不僅為小麥功能基因組學研究和耐逆育種提供了一個新切入點，也將為其他具有類似復雜基因組特性的作物研究提供思路參考。

中國科學院南京土壤研究所王萌博士為論文的通訊作者和第一作者，施衛明研究員、山東大學夏光敏教授、澳大利亞墨爾本大學Herbert J. Kronzucker教授為論文的合作作者。研究得到了中國科學院鹽堿地重大科技攻關、國家重點研發、江蘇省杰青、基金委等項目的支持。

作者簡介：

王萌，中國科學院南京土壤研究所副研究員，衛志明青年創新獎、中國科協青年人才托舉工程、江蘇省杰青/優青、中國科學院青年創新促進會會員等獎項獲得者。近年來，圍繞“小麥-鹽堿地互作的遺傳機制”研究方向，以基因組特性為抓手，挖掘小麥特色耐性基因，通訊或第一作者成果發表于Nature Genetics、Molecular Plant、Trends in Plant Science、Trends in Biotechnology、New Phytologist、Plant Biotechnology Journal、Plant Physiology等期刊。擔任Journal of Plant Physiology、WheatOmics等期刊編委，iMeta、Modern Agriculture等期刊青年編委，及中國植物生理與植物分子生物學學會理事、植物與環境專業委員會委員，中國植物營養與肥料學會植物營養分子生理專業委員會委員，江蘇省植物生理學會常務理事、青年工作委員會主任。