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来源【四川日报-川观新闻】
杨雯川观新闻记者江艺含史晓露
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小组的研究论文《基于参考基因组揭示六倍体燕麦的起源和进化》在线发表在国际知名学术杂志《自然遗传学》(naturegenetics )上，同时期刊特别向论文作者做了研究简报《栽培燕麦的起源与进化》 小麦研究所魏育明教授是共同通信作者。
论文主题和作者截图。
本研究首次破译了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和亚基因组的进化，绘制了燕麦的“基因密码图”。 审阅者评价这项研究为“代表了植物基因组学，特别是谷物基因组学的重大进展”。 该研究对加快燕麦栽培遗传改良和分子设计育种，培育优良燕麦品种，提高燕麦产业竞争力，保障粮食安全具有重要作用，能进一步满足新时代人们对营养保健品的要求。
解读燕麦“中国芯”，支持育种和遗传研究
说起燕麦，早餐可能经常会在牛奶中添加这种健康的谷物。
作为营养价值高的粮食、营养兼用型作物，燕麦在世界范围内备受青睐，随着对营养和保健需求的提高，它也成为越来越重要的谷物品种。 近年来，我国燕麦产业以年产值20%以上的增速快速发展。
论文第一作者和联合通讯社作者、四川农大小麦研究所教授彭远英对川观新闻记者说：“燕麦为带稔型(皮燕麦)和裸粒型)裸燕麦起源于我国。 ”。
目前，燕麦广泛分布于五大洲42个国家。 世界各国的栽培种以燕麦为主，而我国主要栽培裸燕麦。 中国燕麦主要产区有内蒙古、河北、吉林、山西、陕西、青海、甘肃等地，云、贵、川、藏面积小。
“裸燕麦加工工艺更简单，具有更高的蛋白质和粗脂肪含量，且氨基酸组成更均衡，非常有研究价值。 ”彭远英介绍说。
中国裸燕麦品种“三分三”。
此次公布的成果，正是以中国裸燕麦起源中心地方裸燕麦品种“三分三”为材料，通过对“三分三”的研究，构建了燕麦基因组21对染色体的分子图谱，注释了12万个蛋白编码基因。 该研究为科研人员解析燕麦基因组的进化和驯化提供了高质量的基因组信息和新视角。
“我国作为六倍体栽培裸燕麦的起源和主要栽培中心，需要通过揭示我国特有的裸燕麦基因组信息，进一步挖掘以裸粒驯化性状为代表的基因资源。 ”彭远英说，“有了基因组图谱，我国裸燕麦的育种和遗传研究将进入快车道。
彭远英还表示，这就像解读其他作物的基因密码一样，我们今后可以根据基因信息定向培育具有特定性状、功能的裸燕麦。 例如，提高品种抗病性； 控制种子大小，增加产量，其中增加-葡聚糖含量，以便通过摄取膳食纤维有效控制胆固醇和糖尿病。
研究都要由中国人完成，给燕麦装上更多的“中国芯”
《基于参考基因组揭示六倍体燕麦的起源和进化》该研究于2018年启动，由四川农业大学和吉林省白城市农业科学院协同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集团生物科技有限公司完成。 四川农业大学是第一个完成单位，研究小组由国家燕麦荞麦面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主讲。
和彭远英(左)任长忠一起看燕麦的样子。
据了解，目前全国研究燕麦的科学家很少，任长忠是国家燕麦产业技术体系的首席科学家，多年从事燕麦育种工作。 彭远英主要从事燕麦基础研究，研究燕麦已近20年，在燕麦栽培起源演化方面积累了丰富的研究基础。
研究小组最自豪的是，这项研究都是中国人自己完成的。 “深入研究中国特有的燕麦种质资源，就是想把它牢牢掌握在我们自己的手中，在燕麦品种中加入更多的‘中国芯’。 ”彭远英说。
“中国作为裸燕麦的起源和栽培中心，具有丰富的裸燕麦遗传多样性，栽培历史悠久，具有独特的品质芯片竞争优势。 ”任长忠研究员说。
研究难度极大，燕麦DNA测序结果缓慢
二十一世纪初，科学家们把DNA测序的目标固定在农作物上。 2002年水稻基因组图谱发表，此后玉米、马铃薯、大豆、小麦等多种主要农作物的DNA测序也相继完成。 时隔20年，燕麦的DNA测序结果推迟是因为其研究难度极大。
与小麦、水稻等粮食作物相比，燕麦的研究基础较弱，如国内从事小麦研究的科研人员数量是燕麦的几百倍。 燕麦的研究相当于一幅白纸画，团队主要参照小麦进行研究。
其次，六倍体栽培裸燕麦基因组庞大复杂，体量约为水稻基因组的40倍，且约87%的基因组DNA为重复序列，其DNA测序的组装研究十分困难。 可以说，六倍体燕麦的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。
彭远英在田里做研究。
“基因组研究主要在实验室进行，没有辛苦的田间工作，但数据量非常大。 整个序列的原始数据和分析数据使用了20台5T硬盘。 常规分析结束后需要两个月。 ”彭远英团队前后找了很多合作单位协同作战，最终完成了本研究。
针对六倍体燕麦亚基因组结构及其高重复序列含量基因重组可能存在的问题，科研团队设计了一种超长测序技术，可对更长的DNA片段进行高精度测序，并利用近20年燕麦属种研究经验的积累， 选择栽培燕麦最有可能的四倍体和二倍体的祖先，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重组、固定和注释
燕麦和小麦一样，也适合在四川广泛栽培
基于得到的燕麦参考基因组，该研究有几个有趣的发现。
燕麦栽培的起源和多倍化的历史。
从全基因组水平分析了燕麦在主要谷类作物中的进化地位和栽培燕麦的起源及多倍体化历史，结果表明燕麦属种发生在约800万年前。 在约50万年前的——旧石器时代，目前广泛种植和食用的六倍体栽培燕麦通过AA基因组二倍体和CCDD基因组四倍体的杂交加倍。 彭远英说，深入了解燕麦的进化历史将有力地推动燕麦良种选育。
另外，燕麦参考基因组的构建是燕麦研究进入基因组时代的第一步，可以实现燕麦全基因组选择育种和精准育种。 “我们现在可以开始考虑如何使用基因组编辑等现代育种战略，进一步改良和开发特定的燕麦品种，以满足这种保健品和优质饲料的日益增长的需求。 ”彭远英说。
接下来，该研究团队还将结合现有的研究优势，在现有的基础上进一步深入开展燕麦的起源、驯化、优良基因资源的挖掘和利用等方面的研究，以期研究结果进一步推动燕麦的应用基础研究和育种。
“燕麦抗逆性和适应性强，为了不与其他粮食作物竞争，目前主要种植在高原和土壤比较贫瘠的地区，但其实燕麦和小麦一样也适合在四川广泛种植。 ”彭远英说，在四川种燕麦有自己的优势，可以种两季。 成都平原和其他平坝区可10月播种，明年4、5月收获，高寒山区可3、4月播种，当年秋季收获。
目前，燕麦在四川凉山彝族自治州等地有少量种植，产量相对较低，未来提升空间较大。 此外，四川弱光条件适合燕麦饲料生长，未来西南地区燕麦饲料发展应多下功夫。
(照片由受访者提供)
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