中国完整破译小麦“生命天书”，给“粮仓支柱”装上基因导航

全球首个六倍体小麦端粒到端粒（T2T）完整基因组图谱在山东绘就

中国完整破译小麦“生命天书”

◆给“粮仓支柱”装上基因导航 ◆为新品种培育按下加速键

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”，过去的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。

4月7日，来自潍坊现代农业山东省实验室（北京大学现代农业研究院）的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，完成对小麦全部21对染色体头尾无缺口精准拼接，标志着人类对小麦这一“粮仓支柱”的认知迈入无盲区时代。这项被比喻为“给小麦装上基因导航”的突破，将为高产、抗病、耐旱、耐盐的新品种培育按下加速键。

登顶“植物界珠峰”

作为最古老的粮食作物之一，小麦的基因组堪称“植物界的珠穆朗玛峰”，它的遗传密码总长达14.51Gb，含145亿个碱基，是水稻的40倍、人类的5倍，更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。尤其让科学家头疼的是，基因组中近85%是重复序列，就像把同一段文字复印了成千上万次后胡乱拼贴，传统测序技术如同拿着模糊的放大镜，始终无法看清全貌。

“过去我们只能通过零碎的基因组片段推测小麦的生命逻辑，现在终于有了完整清晰的图谱。”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。

为了把这本小麦“生命天书”拼接完整，邓兴旺组建了一支21人的跨学科团队，集合了测序技术专家、生物信息学家和育种专家，历经两年多艰苦攻关，终于在2023年8月绘制出完整图谱，实现“珠峰登顶”。

基因组测序是解析生命密码的关键技术。在绘制图谱过程中，科研团队创造性地融合两种前沿测序技术：PacBio HiFi测序技术如同超高精度显微镜，能够精准读取2万个碱基长度的DNA片段；ONT超长测序技术则如同全景广角相机，单次测序长度可突破20万个碱基。为突破数据运算瓶颈，山东省政府专项支持扩容升级超级计算机中心，为基因组组装提供了强大的算力保障。

为小麦编写“免疫程序”

潍坊现代农业山东省实验室（北京大学现代农业研究院）研究员陈时盛长期致力于小麦抗病遗传育种实验，借助全新基因组图谱，他的团队刚完成一个抗病基因的定位克隆。“在以前版本的参考基因组图中，有些基因所在的染色体区域存在组装错误，一度使课题研究迷失方向、陷入僵局。”陈时盛形象地比喻，“这份图谱为小麦遗传研究装上了完整版的导航系统，我们可以精准定位基因在染色体上的坐标，快速锁定候选基因，显著缩短研究周期。”

最复杂的难题往往藏着最珍贵的宝藏。“有了完整基因图谱，我们第一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展示了3.4万个过去未被发现的高置信度基因。例如，一批NLR抗病基因的识别，让科学家能像编写“免疫程序”般设计抗病的小麦。

这项研究成果还带来了一系列颠覆性的科学发现：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5.18亿碱基的染色体倒位，暗示着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”。

给种子装上“中国芯”

作为全球最重要的粮食作物，小麦年产量已接近8亿吨，养活了全球35%以上的人口。随着中国科研团队将完整基因组数据向全球开放共享，人类在驯化小麦一万年后，终于真正读懂了这位“老朋友”的生命密码。

这项成果也被视为应对粮食危机的“科技盾牌”。随着全球气候变化加剧，极端干旱、高温和新型病原体频发，小麦主产区的稳产压力陡增。“完整基因组就像一套‘应急预案库’，我们可以快速找到让小麦耐旱、耐盐的基因组合，设计出适应更恶劣环境的‘未来小麦’。”邓兴旺告诉记者，通过掌握杂交小麦技术制高点，团队正在培育兼具抗病、高产、优质特性的突破性新品种，目前已开发出20余项核心专利技术。

正如邓兴旺所言：“读懂小麦的基因组，就握紧了粮食安全的命脉。”这场已持续数十年的“基因解码战”，不仅让中国在国际农业科技竞争中抢占先机，更让“中国饭碗”装“中国粮”的底气更足。

（大众新闻记者王佳声 张蓓）