科學家從基因組水平揭示了金蕎麥和苦蕎的差異性

中國農業科學院作物科學研究所特色農作物優異種質資源發掘與創新利用團隊從基因組水平揭示了金蕎麥和苦蕎性狀差異的重要原因，對金蕎麥的生態類型進行了初步的劃分和比較，并開發了與蘆丁代謝相關的分子標記，為金蕎麥的性狀改良和品質育種，以及苦蕎和金蕎麥種間雜交的分子育種提供了理論依據。相關研究成果發表在《新植物學家（New phytologist）》上。

金蕎麥植株形態和基因組特征

據周美亮研究員介紹，苦蕎是蕎麥屬中主要作為糧食作物廣泛栽培的，而金蕎麥主要作為藥用和飼用，具有抗菌消炎、預防癌癥和抗腫瘤的功效。金蕎麥是苦蕎的野生近緣種，也是苦蕎遺傳改良的重要遠緣雜交材料，但與苦蕎相比，金蕎麥具有籽粒大且蘆丁等活性成份更加豐富、地下膨大莖、花期長、耐寒等特點。為充分挖掘金蕎麥的優異基因資源以及加快鑒定苦蕎-金蕎麥雜交后代優異材料，開展金蕎麥和苦蕎比較基因組研究十分必要。

　　研究人員通過與苦蕎基因組比較發現，金蕎麥基因組大小（1.08G）是苦蕎基因組（0.48G）的兩倍，這主要是由于重復序列擴增導致。研究發現，金蕎麥在3號和4號染色體上存在兩段大片段倒位，相關基因與代謝、細胞壁形成、根形態建成等密切相關。基因組進化分析發現，金蕎麥和苦蕎在近代發生分化，金蕎麥中代謝相關的基因受到了強烈選擇。通過對金蕎麥的地下膨大莖、根和苦蕎的根分別進行代謝組學分析，發現金蕎麥中兒茶素、原花青素、蘆丁、槲皮素等黃酮類物質含量遠高于苦蕎，是金蕎麥可做藥用的重要原因。進一步從基因組層面揭示了金蕎麥中黃酮類物質合成相關基因發生了擴增。此外，對研究團隊過去5年從云貴高原搜集到的34份直立和斜生生態型的二倍體野生金蕎麥并進行了性狀評價，發現直立生態型的農藝性狀優于斜生生態型，而斜生生態型的品質性狀更優。進而挖掘到一系列與品質和農藝性狀相關的基因，并開發了分子標記。

　　據了解，該研究為金蕎麥的性狀改良和品質育種，以及苦蕎和金蕎麥種間雜交的分子育種提供了理論依據。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金重點國際合作項目等項目支持。