近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所贺飞研究组联合西北农林科技大学吉万全研究组等，在十倍体长穗偃麦草复杂基因组解析及优异遗传资源利用方面取得进展。合作团队构建了同源染色体组分辨率的高质量参考基因组，揭示其形成过程中广泛发生的同源染色体组交换与重组，并系统分析了长期小麦-长穗偃麦草远缘杂交育种中积累的优异遗传变异。相关成果以The homoeolog-resolved assembly of the 40-Gb decaploid Thinopyrum ponticum genome reveals extensive homoeologous exchange and recombination, segmental allopolyploid organization, and allelic variations for wheat improvement为题于2026年9月30号在线发表于Molecular Plant。
长穗偃麦草（Thinopyrum ponticum）在遗传发育所小麦远缘杂交研究中具有特殊的历史意义。20世纪50年代，李振声院士为寻找新的小麦抗病基因资源，从800余种牧草中筛选长穗偃麦草开展系统研究。经过20余年攻关，研究团队建立了小麦-长穗偃麦草远缘杂交和染色体工程育种体系，创制系列小偃麦新种质并育成“小偃”系列品种，开创了利用野生近缘植物优异基因改良小麦的重要研究方向。这一研究体系此后在研究所及合作团队中持续传承和发展。值得一提的是，李振声院士本人是本论文作者之一，论文通讯作者吉万全教授曾师从李振声院士。此次完成十倍体长穗偃麦草超大复杂基因组解析，使这一持续数十年的经典研究体系从细胞遗传学和染色体工程进一步拓展到同源染色体组分辨率的基因组学研究阶段。
十倍体长穗偃麦草含70条染色体，基因组高度重复且不同染色体组之间序列相似，给高质量组装带来巨大挑战。合作团队综合长读长测序和迭代重组装等策略，获得41.33 Gb的高质量基因组。基于配子体测序数据的分析表明，其基因组在演化过程中发生了广泛的同源染色体组交换与重组，呈现明显的“节段异源多倍体（segmental allopolyploid）”组织特征，为认识复杂多倍体基因组的形成、重塑与稳定提供了新的证据。
长穗偃麦草同时具有多年生、根系发达、抗旱、耐盐碱和耐瘠薄等特点，是研究所长期关注的耐逆种质资源，在盐碱地植被恢复、生物改良和饲草利用等方面具有应用潜力。高质量参考基因组的建立，为进一步从全基因组尺度解析其耐盐碱遗传基础提供了关键资源。未来可结合盐碱地大田评价、转录组和群体遗传变异研究，系统发掘与离子稳态、渗透调节、根系适应等相关的关键基因，解析复杂多倍体基因组重塑与盐碱环境适应之间的关系，并通过远缘杂交和染色体工程将优异耐盐碱基因精准导入小麦，为耐盐碱作物育种和盐碱地农业利用提供新的种质和基因资源。
该研究也体现了跨单位、跨代际合作在复杂遗传资源研究中的优势。合作团队将遗传发育所长期积累的远缘杂交研究传统和基因组学基础，与西北农林科技大学在小麦遗传育种、细胞遗传学等方面的积累相结合结合，实现了从经典材料保存与染色体鉴定，到完整基因组解析和优异变异挖掘的跨越。从李振声院士早期将长穗偃麦草染色体导入小麦，到今天在40 Gb超大基因组中解析其染色体组交换、重组和优异等位变异，研究手段不断发展，但利用野生近缘种拓展小麦遗传基础、服务国家粮食安全和农业可持续发展的科学主线始终延续。
本研究由西北农林科技大学和中国科学院遗传与发育生物学研究所等相关研究团队合作完成。西农青年教师邓平川，遗传发育所谢菁忠博士和在读博士生李轩照，西农在读博士生陈向前为论文的共同第一作者。在读博士生李轩照、贺飞研究员、吉万全教授为论文的共同通讯作者。遗传发育所李振声院士、郑琪研究员，浙江大学武亮研究员，美国堪萨斯州立大学Eduard Akhunov教授以及百迈克生物的戴鹤博士等参与了该研究工作。该研究得到了政府间合作项目“中英小麦基因组学联合实验室”、国家自然科学基金面上项目“小麦基因组渗入片段的表达调控规律研究”等项目资助。
十倍体长穗偃麦草节段异源多倍体基因组特征
