摘要：作物野生近缘种（CWRs）对于作物改良具有重要价值。在这些物种中，大麦I基因组物种对碱性和盐胁迫表现出卓越的耐受性。然而，关于I基因组的基因组信息和适应性进化机制仍然知之甚少。

作物野生近缘种（CWRs）对于作物改良具有重要价值。在这些物种中，大麦I基因组物种对碱性和盐胁迫表现出卓越的耐受性。然而，关于I基因组的基因组信息和适应性进化机制仍然知之甚少。

北京市农林科学院/北京农业基因组研究中心Ruifen Li、Xingtan Zhang，澳大利亚默多克大学Chengdao Li和华中农业大学Jianhua Wei团队在Nature Plants杂志发表题为“Hordeum I genome unlocks adaptive evolution and genetic potential for crop improvement”的论文，揭示了短舌大麦（Hordeum brevisubulatum）的染色体级别基因组组装，并通过对7个I基因组物种的38个二倍体种质进行基因组重测序，揭示了结构变异塑造了短舌大麦基因组的适应性进化，其中一些结构变异可能有助于其适应高碱和高盐环境。研究团队还通过新合成的六倍体Tritordeum（AABBII）证明了I基因组在作物育种中的潜力，该六倍体具有增强的碱-盐耐受性。

主要研究结果介绍：

短舌大麦基因组组装和组成:研究团队使用PacBio HiFi长读长测序和高通量染色质构象捕获（Hi-C）技术，对耐碱-盐的短舌大麦品系（PI 531775）进行了染色体级别的基因组组装。组装产生了3.47 Gb的基因组序列，contig N50大小为82.35 Mb，scaffold N50大小为476.19 Mb（图1a）。

基因组进化和特征:基于268个单拷贝基因构建的最大似然系统发育树，解析了I基因组与其他小麦族基因组的进化关系。结果表明，短舌大麦（I基因组）与海大麦（H. marinum，Xa基因组）的关系比与普通大麦（H基因组）更密切（图1b）。基因组比较分析显示，短舌大麦基因组中的转座子含量低于海大麦和普通大麦。

种群结构和基因组多样性:研究团队对来自7个I基因组物种的38个二倍体种质进行了全基因组重测序，并结合已发表的22个H基因组种质和一个I基因组种质的数据，进行了种群结构和基因组多样性分析。结果表明，I基因组物种主要分为三个类群，反映了物种水平的分化和进化关系（图1g, h）。

重复和HGT促进盐碱适应:研究团队发现，短舌大麦基因组中参与应激感应-反应模块CaBP-NRT2和水平转移真菌基因Fhb7发生了进化复制，这可能是其适应高碱和高盐环境的新机制。过表达HbreCaBP.0710和HbreNRT2.6420基因的转基因大麦植株表现出增强的耐碱性（图2）。

I基因组在小麦改良中的潜力:研究团队通过新合成的六倍体Tritordeum（AABBII）证明了I基因组在作物育种中的潜力。与六倍体普通小麦“中国春”（AABBDD）相比，Tritordeum HT621表现出显著提高的耐碱-盐性（图4）。

全文总结与展望：这项研究为短舌大麦组装了一个高质量的染色体级别基因组，为I基因组物种的研究奠定了基础。通过全面的基因组、进化和遗传分析，揭示了I基因组物种的进化关系和适应性特征。这些发现为利用I基因组资源改良作物提供了新的见解，并为开发适应盐碱土壤的作物品种提供了新的策略。

研究团队与资助：该研究由北京市农林科学院/北京农业基因组研究中心Ruifen Li、Xingtan Zhang，澳大利亚默多克大学Chengdao Li和华中农业大学Jianhua Wei团队合作完成。Hao Feng、Qingwei Du、Ying Jiang和Yong Jia为共同第一作者。该研究得到了北京市自然科学基金（5222006）、北京杰出科学家发展计划（JKZX202203）、国家自然科学基金（32101710、31771769）等项目的资助。

来源：小凡的科学世界