中国科学家完成极端抗旱作物糜子全基因组精细图谱

1月25日，国际学术期刊Nature communications在线发表了河南大学植物逆境生物学重点实验室和中国科学院上海植物逆境生物学研究中心合作完成的题为“The genome of broomcorn millet”的研究论文。该研究首次完成了糜子基因组精细图谱，通过比较基因组和转录组分析揭示糜子进化历程和其特殊的C₄途径模型，将为科学家理解作物抗逆机理和抗逆育种提供帮助。

糜子（broomcorn millet，Panicum miliaceum L.）又称黍、稷、禾祭、糜，是我国最早驯化利用的作物之一，其种植历史最早可追溯到10000—8000年前，大约在3000年前传播到欧洲和世界各地。在禾谷类粮食作物中，糜子既是最抗旱的作物之一，又是生产单位重量干物质所需水量最低的，既能忍受干旱又具有很强的耐瘠性，可在干旱贫瘠的土壤中收获其它作物所达不到的产量，常用做改造盐碱地和治理沙漠的先锋作物。随着全球水资源危机日益严重，糜子高效的水分利用效率可为人类未来粮食安全提供保障。

在该研究中，研究人员结合全基因组三代PacBio测序、二代Illumina测序、Hi-C、以及高密度遗传连锁图谱构建技术，获得了糜子基因组18条染色体精细图谱，其总长度为855Mb，注释出了55,930个蛋白编码基因，99.3%的基因定位在染色体上。发现糜子基因组起源于距今约560万年前经历的一次基因组融合； 黍族特异的E3泛素连接酶基因亚家族的扩增可能在糜子的适应进化中发挥重要作用。

已有研究依据C4植物二羧酸的种类和参与脱羧反应的酶类，将C4途径分为三种亚型：1）依赖NADP的苹果酸酶的苹果酸型(NADP-ME型)、2）依赖NAD的苹果酸酶的天冬氨酸型(NAD-ME型)、3）具有PEP羧激酶的天冬氨酸型(PEP-CK型)，PEP-CK型依赖于NADP-ME型或NAD-ME型而存在，糜子属于典型NAD-ME型。通过糜子与其它作物基因组的比较和转录组分析发现，糜子基因组中NADP-ME型和NAD-ME型相关的酶和转运蛋白不但同时存在，而且在光合作用组织中维持较高的表达水平。根据这些结果，研究人员提出了C4途径三种亚型可能同时存在于糜子中，这种机制可能有助于糜子更好的应对大田环境的的动态变化。

该研究由中国科学院上海植物逆境生物学研究中心联合河南大学植物逆境生物学重点实验室、西北农林科技大学等国内外研究单位共同完成，我校特聘教授邹长松博士是该文章的第一作者，逆境中心张蘅和朱健康为共同通讯作者。该工作得到了中国科学院、科技部、国家自然科学基金委等经费的资助。