溯源中国大麦育种演化 破译早熟稳产遗传密码

大麦是啤酒酿造、畜禽饲料的原料之一，也是高原地区的重要口粮。在我国，大麦常与小麦一起，与后茬的水稻等搭配构建一年两熟种植制度以提高复种指数。但该体系茬口短，易受极端气候影响。早熟品种虽能缓解茬口矛盾，但往往伴随产量降低等制约产业发展的现实问题。

科研团队历时十年，对覆盖20世纪40年代以来中国主栽品种及部分国外品种的532份代表性大麦品种进行全基因组重测序，并结合多年多点田间表型鉴定，绘制了我国大麦“育种选择图谱”。研究发现，20世纪中叶以来我国引进的欧洲高产、优质啤酒大麦不断和本土化大麦融合及适应性改良，最终形成了兼顾丰产潜力与本土环境适应性的种质群体，奠定了我国现代啤酒大麦和饲料大麦的遗传基础。

科研团队鉴定到一个同时控制抽穗期、成熟期、株高和产量性状的多效遗传位点，该位点包含光敏色素基因PhyC和春化基因VRN-H1。研究发现，前者单碱基突变获得早花特性，在春季长日照下可促进开花，而后者冬性类型需低温激活表达。两者连锁形成的基因模块，既能避免越冬前过早生殖生长、保证营养积累，又能在春季加速启动开花程序使大麦早熟。这套基因模块形成的优良表型在育种中受到持续人工选择并被育种家筛选应用，20世纪90年代后该类大麦已成为我国长江中下游地区秋播大麦主播品种，而支撑这一优良性状的内在机理在本次研究中得以阐明。

科研团队进一步运用单碱基编辑技术将大麦春性品种的PhyC基因精准编辑成功复现该突变基因在春性条件下的表型并证实了对应的调控机制。此外，科研人员对冬性小麦和水稻同源基因进行编辑，该基因模块在麦类作物功能保守，可助力小麦实现早熟不减产，但在水稻中会造成开花推迟，存在物种特异性，为选育更具“气候韧性”的早熟稳产大麦和小麦提供了重要靶点。

该研究得到作物基因资源和育种全国重点实验室、中国农业科学院科技创新工程、中德科学中心中德合作交流、国家自然科学基金等项目支持。