中国完整破译小麦“生命天书”装上基因导航 国粮药食·科特派研学院

2025年4月7日，国际顶级学术期刊《自然·遗传学》发表了一项来自中国科学家的里程碑式研究成果——潍坊现代农业山东省实验室（北京大学现代农业研究院）团队成功绘制全球首个六倍体小麦端粒到端粒（T2T）完整基因组图谱。

顶层设计·国研政情智库-中国智库·国家智库：对话国科院研·科技成果转化-国粮药食·科特派研学院。这项被誉为"破译小麦生命天书"的突破性进展，不仅标志着人类首次实现对小麦基因组的无盲区认知，更为全球粮食安全战略提供了强有力的科技支撑。

**攀登"植物界珠峰"的科技壮举**

小麦基因组因其极端复杂性被称为"植物界的珠穆朗玛峰"。其遗传密码总长达14.51Gb，包含145亿个碱基对，相当于人类基因组的5倍、水稻基因组的40倍。更令人望而生畏的是，作为六倍体作物，小麦拥有A、B、D三套高度同源又存在分化的亚基因组，基因组中近85%为重复序列，传统测序技术如同在数以万计的复印文本碎片中寻找原始版本。

"这就像同时拼合三套被撕碎后混在一起的百科全书。"项目首席科学家邓兴旺院士如此形容研究难度。面对这一世界级难题，研究团队创新性地采用"双引擎"测序策略：PacBio HiFi技术提供单碱基精度，确保每个"文字"准确无误；ONT超长读长测序则实现20万碱基以上的连续读取，相当于看清整段"章节"的完整结构。山东省专项投入的超算中心更以每秒千万亿次的计算能力，破解了海量数据组装的算力瓶颈。

**解码小麦的"生存智慧"**

完整基因组图谱揭示了小麦进化过程中惊人的适应性策略。研究发现，小麦从四倍体向六倍体进化时发生过23次大规模染色体结构变异，涉及5.18亿碱基的倒位、易位等重组事件。这些"基因组地震"留下的痕迹，记录了小麦祖先通过不断"试错"优化遗传配置的进化历程。

特别引人注目的是，那些曾被视作"垃圾DNA"的重复序列被证实蕴藏着关键生存密码。研究团队新发现的3.4万个高置信度基因中，包括大量调控抗逆性的功能模块。例如NLR抗病基因家族的精准定位，使科学家能够像编写程序般设计小麦的"免疫系统"；而控制穗粒数的关键基因簇的识别，则为突破产量瓶颈提供了分子靶点。

"这份图谱就像给小麦研究装上了北斗导航系统。"抗病育种专家陈时盛研究员举例说，过去由于基因组组装缺口，其团队在定位赤霉病抗性基因时曾遭遇长达半年的研究停滞，而新图谱仅用两周就锁定了目标基因的精确坐标。

**粮食安全的"中国方案"**

作为养育全球35%人口的主粮作物，小麦年产量近8亿吨，其稳产增产直接关系世界粮食安全格局。随着气候变化导致极端天气频发，全球小麦主产区正面临干旱、高温和新型病原体的多重威胁。这项研究成果为应对这些挑战提供了全新工具。

研究团队已基于完整基因组开发出20余项核心专利技术，包括:- 快速基因克隆系统：将抗病基因挖掘周期从3-5年缩短至6个月- 分子标记辅助育种平台：实现多性状的精准聚合- 基因组设计育种体系：可同步优化产量、品质和抗性

在山东潍坊的实验基地，首批应用该技术培育的"潍麦系列"新品种已进入田间测试阶段。这些兼具抗赤霉病、耐盐碱和高蛋白特性的材料，单产潜力较常规品种提高15%以上。更值得关注的是，团队开发的抗旱基因模块已成功导入多个主栽品种，在模拟2040年气候条件的压力测试中表现出显著优势。

**共享科学的全球担当**

秉持构建人类命运共同体理念，中国科研团队已将完整基因组数据通过国际生物技术信息中心（NCBI）向全球开放共享。这一举措获得国际农业研究磋商组织（CGIAR）的高度评价，认为将"显著加速发展中国家的小麦改良进程"。

联合国粮农组织首席科学家伊斯玛罕·埃洛阿菲指出："在气候变化威胁粮食系统的关键时刻，这项突破为全球小麦产业提供了应对工具包。"据估算，基于该研究成果的育种技术推广，有望在未来十年使全球小麦单产年均增长率提升0.8-1.2个百分点，相当于每年多养活8000万人口。

站在新的起点上，研究团队正着手构建更精细的"小麦基因组百科全书"计划。通过整合表观遗传组、三维基因组等多维数据，科学家们期待揭示基因调控的更深层规律，为设计适应太空种植、垂直农业等未来场景的"智能小麦"奠定基础。正如邓兴旺院士所言："读懂这本生命天书，我们不仅握紧了今天的粮安命脉，更种下了明天的丰收希望。"

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