摘要：2025年3月14日，北京市农林科学院生物技术研究所李瑞芬研究员团队联合国内外科研机构，在植物学顶级期刊《Nature Plants》（中科院1区，IF5Year=17.1）发表了题为“HordeumI genome unlocks adaptive evol

2025年3月14日，北京市农林科学院生物技术研究所李瑞芬研究员团队联合国内外科研机构，在植物学顶级期刊《Nature Plants》（中科院1区，IF5Year=17.1）发表了题为“Hordeum I genome unlocks adaptive evolution and genetic potential for crop improvement”的研究论文，首次完成大麦属I基因组物种-盐生饲草野大麦（Hordeum brevisubulatum）的染色体级基因组解析，为作物耐逆改良开辟新路径。

研究团队采用PacBio HiFi长读长测序结合Hi-C染色体构象捕获技术，成功组装出3.47 Gb的染色体级别基因组（Contig N50达82.35 Mb，Scaffold N50达476.19 Mb，LAI为22.98），注释73,672个蛋白编码基因，其完整性和连续性显著优于其他已报道的大麦属基因组。进化分析揭示I基因组与Xa基因组（H. marinum）约534万年前发生分化，期间经历大规模染色体倒位、易位等结构变异，形成独特的基因组架构。

图1 野大麦I基因组的进化、特征和结构变异

研究发现胁迫响应基因拷贝数变异是驱动大麦属I基因组物种耐盐碱适应性形成的主要因素之一。其中，钙结合蛋白（CaBP）和硝酸盐转运蛋白（NRT2）基因家族显著扩张，在碱胁迫下显著上调表达，形成了独特的CaBP-NRT2模块。转基因验证显示该模块能够提高植物的氮利用效率，从而增强耐碱能力。此外，研究还发现水平转移基因Fhb7在I基因组中扩增为多拷贝，首次报道了该基因通过ROS稳态调控增强耐盐碱能力的分子机制，打破了其在禾本科中仅调控赤霉病抗性的传统认知。

图2 大麦属I基因组盐碱适应性模块

为了验证I基因组在作物改良中的潜力，研究团队对人工合成的六倍体小大麦Tritordeum（I基因组导入小麦AABB基因组）的耐逆性进行了分析。与普通小麦相比，Tritordeum表现出更强的耐碱耐盐能力，其硝酸盐吸收率和氮含量显著提高。转录组分析表明I基因组在胁迫条件下表现出更强的转录响应能力，进一步证实了其在作物改良中的应用潜力。

图3 大麦属I基因组对作物耐盐碱改良的遗传潜力分析

该研究突破了大麦属I基因组研究的瓶颈，在国际上率先建立了I基因组参考序列，不仅为解析植物盐碱适应机制提供新范式，更通过分析合成多倍体耐盐碱性验证了野生近缘种在作物改良中的应用潜力。结合我国15亿亩盐碱地开发利用需求，研究成果为培育耐逆新品种提供关键基因资源和理论支撑，为推动"以种适地"重要战略实施提供新的思路。

北京市农林科学院生物技术研究所冯浩博士、杜青伟博士、江颖副研究员和澳大利亚莫道克大学贾永研究员为共同第一作者；生物所李瑞芬研究员、中国农业科学院深圳农业基因组所张兴坦研究员、莫道克大学李承道院士和北京市农林科学院魏建华研究员为共同通讯作者；生物所、深圳农业基因组所和莫道克大学其他人员也参与了工作。本研究得到了北京市自然基金、北京市农林科学院杰出科学家计划项目、北京市农林科学院基因组学育种协同创新中心建设项目、院创新能力专项和国家自然科学基金的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-025-01942-w

来源：科学言午