多国合作编纂“小麦字典”：六倍体小麦基因测序完成

一本小麦基因组学“字典”就此诞生了。

8月17日，《科学》在线发布了一项历时13年的研究：完整版六倍体小麦“中国春”的基因组图谱。这一成果由国际小麦基因组测序联盟（IWGSC）牵头，署名作者来自20余个国家的70多家机构。

这本“字典”能干吗？小麦倒不倒伏、耐不耐旱、种子是大还是小、营养价值高不高，可都和它有关。

西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室教授、2005年加入此项研究的宋卫宁告诉《中国科学报》记者，“就像破解人类基因密码一样，有了小麦的基因组图谱，小麦的育种、遗传研究就能向前推进一大步。”

不过，在众多主要农作物里，小麦的完整基因图谱，可谓“千呼万唤始出来”。作为典型的异源多倍体，小麦基因组由3套不同的基因组构成，其体量是人类基因组的5倍、水稻的40倍，破译难度巨大。

同时，小麦基因组内的重复序列含量特高，有媒体戏称相关研究面临的是“噩梦般的挑战”。

IWGSC主席、澳大利亚墨尔本大学的研究者Rudi Appels曾公开表示，做小麦基因组测序，就如同“攀登珠穆朗玛峰”。

但“珠峰”并非高不可攀。在此之前，已有不少国家的研究者在小麦基因上“做出文章”，筑起一个又一个里程碑。

2008年，来自法国农科院的研究团队发布了小麦染色体中最大的一条——3B染色体的物理图谱；2013 年，中科院遗传发育所和中国农科院作物所分别完成小麦祖先A和D基因组草图；2017年，IWGSC宣布小麦品系“中国春”染色体物理图谱构建完成……

宋卫宁告诉记者，早期许多科学家认为，小麦基因组测序在技术层面难以实现。但不断涌现的研究突破，让更多科学家看到希望，小麦全基因组图谱的前景也逐渐明朗起来。

不过，小麦基因组体量尤其大、重复序列含量高，必须采用“分而治之”的策略。“我们采取的技术路线是，分离染色体—建立BAC（细菌人工染色体）文库—构建物理图谱—测序。”宋卫宁说。

首先将所有染色体依照大小、长短统一进行分离。小麦的21条染色体共分为三组，名为A组、B组和D组，每组内含有7条染色体，依照数字编码为1A、2A、3A等，每条染色体还可拆分为长臂和短臂。

染色体最初的分离与BAC文库的构建，由捷克的研究团队负责，之后由IWGSC协调委员会牵头，各国成员依照自身条件“一段段认领”，分头完成后续的物理图谱构建和BAC测序。

宋卫宁实验室负责的是小麦染色体7D中的长臂。目前能够确定这条染色体的许多区间与小麦产量、种子大小、能否抵抗锈病等性状有密切关联。

“这是目前六倍体小麦最完整的基因组图谱了。”9年间带领团队完成任务的宋卫宁语气略带激动，“有了这本‘参考书’，从前做不出来的实验，现在就有可能做出来了，之前研究过的，还可以继续做得更通透。未来我们还可以研究小麦的进化，探讨基因序列与生存环境的关系，更有效率地加快小麦育种进程。”