中國科學(xué)家成功“拼”出小麥完整基因組“拼圖”

新華社北京4月13日電（記者魏夢佳）現(xiàn)代普通小麥?zhǔn)怯扇齻€祖先物種雜交形成的六倍體作物。作為古老的糧食作物和人類“糧倉支柱”，小麥這種作物的產(chǎn)量和質(zhì)量的提升一直是科學(xué)家關(guān)注的焦點。

北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院、濰坊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)山東省實驗室、小麥育種全國重點實驗室近日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·遺傳學(xué)》上發(fā)表一項重要成果，即在國際上首次成功繪制六倍體小麥的端粒到端粒（T2T）完整基因組圖譜，實現(xiàn)了小麥基因組從“頭”到“尾”無缺口的精確“拼圖”。

專家認(rèn)為，該成果是中國在農(nóng)業(yè)基因組學(xué)研究領(lǐng)域取得的新突破，意味著小麥基因組研究邁入新階段，為小麥高產(chǎn)和糧食安全提供了重要科技支撐。

2025年4月13日，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院院長、首席科學(xué)家鄧興旺（中）與團(tuán)隊成員在北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院的植物生長室觀察小麥。新華社發(fā)

小麥基因組堪稱“植物界的珠穆朗瑪峰”，不僅個頭龐大，遺傳密碼總長是水稻的近40倍、人類的近5倍，且基因組中超八成是重復(fù)序列——這如同把一段長文復(fù)印成千上萬次后再拼貼起來，讓人無法窺其全貌，阻礙了小麥研究和育種應(yīng)用深入。

北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院研究員何航說，通過高精度測序等前沿技術(shù)并結(jié)合多種算法，團(tuán)隊成功構(gòu)建了擁有約145億個堿基的六倍體小麥T2T基因組。“端粒是存在于真核生物染色體末端的重復(fù)DNA序列，我們首次實現(xiàn)了21對小麥染色體從端粒到端粒的無缺口拼接。”

“基因組就像是一條擁有多條染色體的長線。過去小麥基因組這條長線上有很多缺失的部分，我們是國際上第一次把這整條長線完整連起來，把其從‘頭’到‘尾’沒有一點缺口地拼裝起來，形成完整的小麥基因組圖譜。”北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院院長、首席科學(xué)家鄧興旺說，“這為未來的分子設(shè)計育種奠定了基石。”

研究團(tuán)隊拍攝的小麥染色體顯微成像（資料照片）。新華社發(fā)

擁有完整的小麥基因組圖譜，就像擁有了一張詳細(xì)地圖，可以清楚解析基因組里的一些復(fù)雜區(qū)域。“這就像找到了小麥基因組里一個個房間的小鑰匙，為研究這些復(fù)雜區(qū)域的進(jìn)化過程提供了新線索。”何航說。

利用這張高質(zhì)量基因組圖譜，研究團(tuán)隊還注釋了14萬多個高置信度蛋白編碼基因，其中包括許多新發(fā)現(xiàn)的抗病基因，這為小麥抗病育種提供了新方向。

鄧興旺說，這一完整的小麥基因組圖譜在完整性、連續(xù)性和準(zhǔn)確性上具有顯著優(yōu)勢，不僅深化了人們對小麥基因組結(jié)構(gòu)和進(jìn)化機(jī)制的理解，還為解析其他復(fù)雜多倍體作物基因組提供了范例。依托此圖譜，未來科學(xué)家將能更精準(zhǔn)挖掘與產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病性相關(guān)的關(guān)鍵基因，為小麥品種改良帶來突破。