本报记者 杨俊峰

   11月5日，中国农业科学院作物科学研究所、作物基因资源与育种全国重点实验室杨平研究员领衔的科研团队联合国内外科研单位，解析了中国大麦80余年育种史的遗传本底和育种选择变迁，揭示了一年两熟地区秋播大麦早熟与稳产协同的遗传基础。相关研究成果发表在《自然(Nature)》上。

  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，但中国大麦进口依赖度长期居高不下。在中国，大麦常与小麦一起，与后茬的水稻等作物搭配构建一年两熟种植制度，以提高耕地复种指数。但该体系茬口短、两季衔接紧，易受极端气候影响。早熟品种虽能缓解茬口矛盾，但往往伴随生物量不足、产量降低等问题。因此，破解大麦早熟与稳产协同调控难题、挖掘相关机制在小麦遗传改良中的应用潜力，对提升一年两熟农业系统抗逆韧性、稳固区域粮食安全具有重要现实意义。

  回溯八十年育种历程，厘清中国大麦种质融合脉络

  研究团队历时10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，绘制了中国大麦“育种选择图谱”。研究发现，上世纪中叶以来中国引进的欧洲高产、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，奠定了中国现代啤酒大麦和饲料大麦的遗传基础。

  发现“油门”与“刹车”基因模块，解析早熟稳产分子机制

  研究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，该位点包含光周期和春化通路两个关键基因：光敏色素基因PhyC和春化基因VRN-H1。研究发现，PhyC基因发生单碱基突变形成的早花基因PhyC-e，在长日照条件下可显著促进开花。春性背景下，该变异会让作物早花早熟，造成植株营养物质积累不足、产量下降。而冬性vrn-H1基因需要经历低温诱导才能显著上调表达，因此，由早花型PhyC-e与冬性vrn-H1紧密连锁形成的基因模块，既能在越冬前避免植株过早进入生殖生长、保证足够的营养生长时间，又能在春季长日照到来后加速启动开花程序、使大麦在初夏高温、雨季来临前及时成熟。PhyC-e如同调控开花的“油门”，vrn-H1则扮演“刹车”角色，二者协同光周期与春化通路，精妙调控植株生长进程，实现大麦早熟与稳产高产的统一。

  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中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。

  关键基因单碱基精准编辑，揭示跨物种应用价值

  研究团队进一步运用单碱基编辑技术将大麦春性品种的PhyC基因精准编辑为PhyC-e，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，研究人员对冬性小麦和水稻PhyC同源基因进行编辑，发现在小麦中同样实现了熟期提前且未降低产量的表现，这为培育更具“气候韧性”的早熟稳产小麦育种提供了重要靶点。而该模块在水稻中却导致开花延迟，表明其功能在麦类作物中是保守的。