中国完整破译小麦“生命天书”，给“粮仓支柱”装上基因导航

4月7日，潍坊现代农业山东省实验室（北京大学现代农业研究院）科研团队在国际顶级学术期刊《自然·遗传学》发布全球首个六倍体小麦端粒到端粒（T2T）完整基因组图谱。该成果实现了小麦全部21对染色体从端粒到端粒的无缺口精准拼接，标志着人类对小麦这一“粮仓支柱”的认知迈入完整无盲区的新阶段，为新品种培育按下加速键。 

小麦基因组堪称“植物界的珠穆朗玛峰”，遗传密码总长达14.51Gb，含145亿个碱基，是水稻的40倍、人类的5倍。它拥有三套既高度同源又有明显分化的亚基因组，如同三套被撕碎后混成一堆的百科全书。更令科学家棘手的是，基因组中近85%是重复序列，传统测序技术难以厘清其全貌。

为攻克这一难题，潍坊现代农业山东省实验室（北京大学现代农业研究院）组建了21人的跨学科团队，创造性融合PacBio HiFi高精度测序与ONT超长测序两种前沿技术。山东省政府专项支持扩容升级超级计算机中心，为基因组组装提供强大算力保障。历经两年多攻关，团队于2023年8月绘制出完整图谱。

“如果把小麦的基因组比作一本由145亿个字符写成的‘生命天书’，过去科学家只能看到并读懂其中零散的章节；而如今，这本‘天书’第一次被从头到尾完整破译。”潍坊现代农业山东省实验室（北京大学现代农业研究院）主任邓兴旺说，该成果为小麦遗传研究装上了精准的“基因导航”，借助完整基因组图谱，团队已成功定位克隆抗病基因，显著缩短研究周期。

“有了完整图谱，我们首次能精准定位控制抗病、高产等性状的‘开关’。”论文共同作者何航研究员说，研究还新发现了3.4万个高置信度基因，其中一批抗病基因的识别，使科学家能够像编写“免疫程序”一样设计抗病小麦品种。

这项研究成果还带来一系列颠覆性科学发现：小麦从四倍体升级为六倍体时，基因组发生过23次“乾坤大挪移”，总计5.18亿个碱基的染色体倒位，暗示小麦祖先在进化中不断“试错重组”，最终筛选出最优版本；占基因组大头的重复序列也并非“垃圾文件”，其中隐藏着小麦进化的“生存智慧”，海量的遗传变异素材使其能够在气候变化和病虫害威胁中“见招拆招”。

目前，团队已将完整基因组数据向全球开放共享，并依托相关技术开发20余项核心专利，加速培育兼具抗病、高产、优质特性的突破性小麦新品种。

邓兴旺表示，读懂小麦的基因组，就握紧了粮食安全的命脉，这一成果不仅让中国在国际农业科技竞争中抢占先机，也为应对全球气候变化背景下的粮食危机提供了重要的科技支撑。

（大众新闻记者 王佳声 张蓓）