黃饃饃、炸糕是我國(guó)北方的傳統(tǒng)美食，它們的主要制作原料大黃米學(xué)名叫黍稷，又稱黍子、糜子。然而，學(xué)界對(duì)這一古老作物的“身世”卻一直存在爭(zhēng)論。黍稷起源于何處，是印度、中國(guó)還是阿拉伯地區(qū)？對(duì)于黍稷遺傳結(jié)構(gòu)、基因組變異等基礎(chǔ)研究也因原始野生種的缺失而一直難以突破。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所團(tuán)隊(duì)十多年致力于黍稷的研究，終于構(gòu)建出第一個(gè)高質(zhì)量泛基因組和遺傳變異圖譜。近日，該成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然—遺傳學(xué)》。這一圖譜為我們揭開(kāi)了古老作物怎樣的身世之謎？又將如何發(fā)揮黍稷在現(xiàn)代的有效應(yīng)用？
黍稷，老百姓叫大黃米。在一萬(wàn)年前的河北磁山，我國(guó)的先民已經(jīng)馴化并大量種植和儲(chǔ)藏黍稷。然而，隨著水稻、小麥和玉米等主糧作物的興起，黍稷逐漸成為非主要農(nóng)作物。論文共同通訊作者、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員刁現(xiàn)民告訴記者，近年來(lái)，隨著氣候環(huán)境的變化、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展以及糧食安全的需求，黍稷因其生育期短、耐旱耐瘠薄、適應(yīng)鹽堿脅迫環(huán)境等特點(diǎn)，再次受到廣泛關(guān)注。
刁現(xiàn)民：在我們長(zhǎng)期的農(nóng)耕文明建設(shè)中，實(shí)際上它是個(gè)主糧，大家是整天吃的。在國(guó)外像俄羅斯面積很大，烏克蘭、美國(guó)最近幾年發(fā)展很快，不過(guò)這些國(guó)家尤其是美國(guó)主要做飼料。在咱們國(guó)家實(shí)際上是做糧食，主要在黃土高原這一帶，它叫大黃米，有不黏的，黃米饃饃，黃米酸飯，還有黏的，華北平原東北這一帶的人喜歡吃這個(gè)黏的，就是黃面的年糕、黃豆包。
黍稷是一個(gè)抗逆的先鋒作物，也是穩(wěn)產(chǎn)保收作物。只要種下了黍稷，能出苗就能有收成。目前我國(guó)的黍稷主要在西北地區(qū)種植，每年種植面積約900萬(wàn)畝。一般黍稷畝產(chǎn)可達(dá)300—400斤每畝。因?yàn)槠淠軌虮Ｊ粘桑鞅秉S土高原老百姓每年都要種上2—3畝。
目前學(xué)術(shù)界缺乏對(duì)黍稷品種資源群體遺傳結(jié)構(gòu)、基因組變異、馴化和育種相關(guān)功能基因等系統(tǒng)性的基礎(chǔ)研究，制約了黍稷育種和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。為了調(diào)研黍稷的核心種質(zhì)資源，2009年，刁現(xiàn)民開(kāi)始在我國(guó)西北和東北地區(qū)走訪。
刁現(xiàn)民：調(diào)研過(guò)程中我就發(fā)現(xiàn)這種生物多樣性很差，就說(shuō)它總是那個(gè)樣子，沒(méi)有大的變化，而且老百姓種了這些品種好像也沒(méi)有多大進(jìn)步，感覺(jué)都是老輩子傳下來(lái)的品種，所以我就想這個(gè)得研究。我們就開(kāi)始準(zhǔn)備材料、設(shè)計(jì)、搜集相關(guān)的信息做準(zhǔn)備，慢慢有一個(gè)頂層設(shè)計(jì)。最大的一個(gè)問(wèn)題它沒(méi)有原始野生種，所以我們光準(zhǔn)備這些材料花了很長(zhǎng)時(shí)間。我們這次做的工作實(shí)際上是覆蓋了全世界，這樣才有說(shuō)服力。
刁現(xiàn)民團(tuán)隊(duì)用10年時(shí)間構(gòu)建了黍子的核心種質(zhì)群體，包括63份野生種、415份農(nóng)家品種和38份現(xiàn)代栽培種。他們對(duì)其進(jìn)行了高覆蓋率的重測(cè)序，并進(jìn)一步成功從頭組裝了32個(gè)高質(zhì)量基因組，由此構(gòu)建了黍稷的泛基因組。研究結(jié)果將黍稷的野生種和栽培種清楚地分開(kāi)，而栽培種又可以分為三類。研究結(jié)果證實(shí)了刁現(xiàn)民此前的直觀發(fā)現(xiàn)：黍稷基因組變異水平低。
刁現(xiàn)民：谷子、水稻和黍子這三種作物來(lái)看，黍稷作物的遺傳多樣性是最低的，它只相當(dāng)于水稻的20%，谷子和水稻多態(tài)性幾乎是一樣的。也就是說(shuō)黍稷的基因組都沒(méi)啥變異，品種之間都一樣的。
黍稷大規(guī)模種質(zhì)及基因資源挖掘利用
隨后，團(tuán)隊(duì)又結(jié)合2年7個(gè)地點(diǎn)的黍稷表型精準(zhǔn)鑒定數(shù)據(jù)，開(kāi)展了全基因組關(guān)聯(lián)分析和群體變異研究，挖掘到多個(gè)與落粒、穗型、粒色等農(nóng)藝性狀形成相關(guān)的基因位點(diǎn)。同時(shí)，研究結(jié)果還證實(shí)，黍稷起源于中國(guó)，大概在4500年開(kāi)始傳到了中亞，到3500年前后傳到了歐洲。
刁現(xiàn)民：實(shí)際上我們現(xiàn)在不僅僅證明了是中國(guó)起源，而且證明了大致的位置應(yīng)該在中國(guó)的西北地區(qū)。時(shí)間上現(xiàn)在來(lái)看大概在15000年。形成以后，它又往兩個(gè)方向傳播：一個(gè)方向傳播就是往東部走，它原來(lái)最初形成的時(shí)候它是不黏的，往東部就走到了我們國(guó)家的華北和東北，在這個(gè)地方它逐漸形成了黏的；然后再往西走，我們的蒙古族喝奶茶，奶茶里邊要泡炒米全是那個(gè)產(chǎn)品，它就是要那種不黏的。
刁現(xiàn)民團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建的首個(gè)黍稷泛基因組為研究黍稷馴化過(guò)程中的基因組變異提供了重要的數(shù)據(jù)支持，為黍稷的基因組研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為后續(xù)的抗性改良等分子育種工作提供了重要的參考，也為進(jìn)一步推動(dòng)黍稷這一重要谷物資源的利用和研究帶來(lái)了新的機(jī)遇。
刁現(xiàn)民：氣候變化加速度在發(fā)展，兩個(gè)最大的特點(diǎn)：一個(gè)就是溫度變高，一個(gè)就是水資源減少，針對(duì)這種氣候變化就得找抗旱耐瘠薄的作物，禾本科里邊黍稷就是最好的。如果我們懂了它的機(jī)理，第一可以增加黍稷自己的抗旱耐瘠薄性，還可以把這些機(jī)理搬到別的作物上。實(shí)際上根據(jù)最近這10年、20年我們分子生物學(xué)的發(fā)展，就像水稻、小麥、玉米、谷子、高粱這些禾本科作物基本上就是一家，基因好多都是共用的，如果我們能找到這些好的基因，也能夠把其他的一些主糧作物，它的抗病性、節(jié)水性、抗旱性、耐逆性能夠提高，意義也是重大的。
