2017 年 9 月 18 日，由半干旱地區(qū)熱帶作物研究所 (ICRISAT) 主導(dǎo)，深圳華大生命科學(xué)研究院（原：深圳華大基因研究院）、青島華大基因研究院、深圳國(guó)家基因庫(kù) (CNGB)、法國(guó)研究與發(fā)展研究所（IRD）、美國(guó)喬治亞大學(xué)、德國(guó)植物遺傳和作物研究所（IPK）等 33 家科研單位共同合作完成的珍珠粟基因組研究研究成果 發(fā)表 于雜志《自然 - 生物技術(shù)》（Nature Biotechnology）。該科研團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了珍珠粟全基因組序列，并從基因組結(jié)構(gòu)、群體進(jìn)化、物種性狀關(guān)聯(lián)分析等角度全面解讀珍珠粟基因組，為農(nóng)作物的科學(xué)研究、改善珍珠粟干旱環(huán)境下的農(nóng)藝性狀提供遺傳資源。

珍珠粟項(xiàng)目為合作項(xiàng)目，得到了比爾和梅琳達(dá)·蓋茨基金會(huì)的大力支持。在該項(xiàng)目中，華大參與整體項(xiàng)目設(shè)計(jì)，共同監(jiān)督科研工作的推進(jìn)。此外，華大承擔(dān)全基因組二代測(cè)序及重測(cè)序樣品的二代測(cè)序任務(wù)，負(fù)責(zé)基因組的組裝、注釋、基因家族與進(jìn)化等基因組學(xué)方面的分析研究，對(duì)九百多個(gè)重測(cè)序樣本進(jìn)行變異檢測(cè)，并與法國(guó)研究與發(fā)展研究所（IRD）的老師合作分析珍珠粟的群體多樣性及其馴化歷史。

珍珠粟屬于禾本科黍亞科，是一種高度異花授粉的二倍體 C4 植物（2n=2x=14），具有非常高的光合作用效率和潛在生物量能產(chǎn)出。目前，珍珠粟的種植主要分布在非洲撒哈拉沙漠以南、印度及南亞等地區(qū)，是這些地區(qū)農(nóng)民的主要食物來(lái)源。這些地區(qū)土壤肥力較低、土壤水分含量少且 pH 值鹽度高，同時(shí)伴有高溫、有限降水等惡劣環(huán)境，在這樣的條件下，玉米、水稻、高粱、小麥等作物都無(wú)法廣泛種植。珍珠粟卻能很好地適應(yīng)這樣的干旱環(huán)境，在平均年降水量低至 250 毫米的地區(qū)仍可以生產(chǎn)糧食。

珍珠粟屬于孤生作物，相對(duì)于水稻、玉米等農(nóng)作物，目前在*范圍內(nèi)沒(méi)有廣泛的種植貿(mào)易，但珍珠粟粒營(yíng)養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量高達(dá) 8 -19%，淀粉含量低，纖維含量高（1.2 g / 100g），微量營(yíng)養(yǎng)素濃度（鐵和鋅）也高于水稻、小麥、玉米和高粱等作物。因此，珍珠粟在印非等半干旱地區(qū)的糧食種植產(chǎn)業(yè)有著重要的地位，提高珍珠粟的產(chǎn)量對(duì)改善這些地區(qū)人民的飲食營(yíng)養(yǎng)意義重大。該研究采用二代測(cè)序技術(shù)，對(duì)珍珠粟全基因組 DNA 進(jìn)行了測(cè)序、組裝，并通過(guò)構(gòu)建遺傳圖譜將全基因組序列連成 7 條染色體。科研人員在珍珠粟基因組中發(fā)現(xiàn)驗(yàn)證了 378 個(gè)與植物抗病相關(guān)的 NBS（核苷酸結(jié)合位點(diǎn)）基因，其中有 26.2% 和 25.7% 分別位于 4 號(hào)和 1 號(hào)染色體，且有 QTL 定位表明這兩條染色體上有霜霉病抗性位點(diǎn)。在這兩個(gè)染色體的端粒區(qū)附近還發(fā)現(xiàn)了 NBS 基因的串聯(lián)重復(fù)，這可能是珍珠粟基因組局部基因擴(kuò)增的重要來(lái)源。

為了更好地研究珍珠粟的遺傳多樣性和馴化歷史，研究人員對(duì)來(lái)自非洲和亞洲的 994 個(gè)開(kāi)放授粉品種、雜交親本近交系和近交系群體親本個(gè)體及野生品種進(jìn)行了全基因組重測(cè)序，發(fā)現(xiàn)栽培群體可能起源于西非中部的野生群體。研究人員通過(guò)群體多樣性的比較分析鑒定了栽培品種在馴化過(guò)程的受選擇區(qū)域以及這些區(qū)域中攜帶野生種與栽培種表型差異和形態(tài)發(fā)生相關(guān)的基因，為今后珍珠粟的馴化分析、表型 / 基因型關(guān)聯(lián)研究提供了更詳細(xì)的線索。

谷粒和桔梗及其成分性狀對(duì)珍珠粟的產(chǎn)量至關(guān)重要，與這些性狀相關(guān)的遺傳標(biāo)記在馴化中也經(jīng)受選擇。研究人員對(duì)珍珠粟近交種質(zhì)群體的 288 個(gè)測(cè)交后代進(jìn)行了 20 個(gè)性狀的 GWAS 分析，發(fā)現(xiàn)每穗實(shí)粒數(shù)、單位面積粒數(shù)等在內(nèi)的 15 個(gè)性狀與一千多個(gè)標(biāo)記存在強(qiáng)烈顯著的關(guān)聯(lián)，這些標(biāo)記將有助于珍珠粟的遺傳育種。

珍珠粟全基因組測(cè)序及近千個(gè)品種的重測(cè)序數(shù)據(jù)在公共數(shù)據(jù)平臺(tái)的共享將為農(nóng)作物的科學(xué)研究提供重要的資源。珍珠粟基因組的研究成果將會(huì)幫助人們更好地了解珍珠粟的遺傳基礎(chǔ)，了解珍珠粟在干旱和半干旱地區(qū)如何良好種植生產(chǎn)，加速珍珠粟的品種培育。

半干旱地區(qū)熱帶作物研究所所長(zhǎng) David Bergvinson 博士表示這項(xiàng)研究將為非洲和亞洲比較邊緣的農(nóng)業(yè)地區(qū)帶來(lái)高產(chǎn)量珍珠粟的種植貿(mào)易。另外，找到珍珠粟耐熱性更好的基因也將有助于推動(dòng)加強(qiáng)其他作物如小麥、水稻和玉米的耐熱性的研究。同時(shí)，此項(xiàng)目也證明了投資所謂的“孤生作物”或被忽視的作物的重要性。

隨著溫度的升高，下個(gè)世紀(jì)迫切需要耐熱耐旱的農(nóng)作物。該論文的通訊作者、深圳華大生命科學(xué)研究院院長(zhǎng)、深圳國(guó)家基因庫(kù)執(zhí)行主任徐訊表示，珍珠粟在印非地區(qū)是非常重要的糧食作物，其基因組研究對(duì)珍珠粟的遺傳育種、農(nóng)藝性狀改善有積極作用。不僅如此，針對(duì)珍珠粟能做的事情，也將可以拓展到所有的本地作物，這對(duì)支援印非半干旱地區(qū)其他農(nóng)作物的種植開(kāi)發(fā)有著重要的意義。