近日，貴州師范大學陳慶富/李洪有蕎麥科研創新研究團隊在Cell子刊Cell Reports上發表了題為The complete reference genome of Tartary buckwheat and its mutation library provide important resources for genetic studies and breeding的研究論文，發布了高產、廣適苦蕎新品種“貴苦1號”的端粒到端粒(T2T)無缺口高質量基因組，并構建了其EMS誘變的大型突變體庫，同時利用全基因組重測序精確鑒定了320份突變體的全基因組突變信息并通過正向遺傳學和反向遺傳學快速定位了突變體的突變基因，為苦蕎功能基因研究和育種提供了寶貴的資源。

苦蕎是我國重要的“藥食同源”特色雜糧作物。其不僅含有豐富的營養物質，還富含生物活性黃酮化合物、三萜、抗性淀粉等，具有極高的營養保健作用，在我國全民健康和區域經濟中占據重要地位。近年來，我國苦蕎產業發展迅速，需求量持續增加，培育高產、優質、易加工苦蕎品種已成為苦蕎育種的重要目標。然而，相比于其他作物，苦蕎育種技術落后（系統選擇和誘變為主），導致種質創新程度低、品種同質化嚴重、突破性優異種質極其缺乏，嚴重制約著苦蕎遺傳改良和產業發展。此外，由于當前苦蕎穩定遺傳轉化體系尚未建立，加之缺乏基因突變信息明確的突變體庫及釋放的參考基因組存在一定的缺口和序列錯誤，極大的限制了苦蕎功能基因組研究及分子育種。

為解決苦蕎參考基因組存在缺口和序列錯誤的問題，研究團隊以自主培育的高產、廣適苦蕎新品種“貴苦1號”為材料，利用PacBio HiFi、HIC和ONT數據組裝了首個苦蕎端粒到端粒(T2T)無缺口高質量參考基因組。該基因組大小為453.83 Mb，零缺口，共注釋到43,441個蛋白編碼基因，并完整解析了全部端粒和著絲粒序列信息（圖1）。利用熒光原位雜交（FISH）技術證實了苦蕎的端粒重復序列為全新的六堿基重復序列“GAAACC”，而不是大多數植物端粒中保守的7堿基重復序列“CCCTAAA”。通過與已發布的苦蕎“Pinku1”和“Qianku3”基因組比較，研究團隊鑒定到大量SNP、InDel和染色體結構變異（SV），并通過PCR擴增測序證實了這些鑒定的變異具有較高的可靠性。

圖1 貴苦1號端粒到端粒無缺口基因組組裝

為解決突變體資源匱乏對苦蕎功能基因組學研究和育種的限制，研究團隊通過EMS對“貴苦1號”進行了大規模誘變，從8000個M2家系和1000個M3家系共70余萬株誘變分離單株中創制出1,092份表型變異豐富的突變體（圖2）。通過突變體連續自交到M6代，研究團隊構建了由751份表型變異遺傳穩定的突變體組成的大型苦蕎突變體庫，并從中篩選到一批早熟、易機收耐密植的理想株型、高結實抗倒伏的半矮桿株型、簇生果穗、超大粒、大粒薄殼、高黃酮、高蛋白、高抗性淀粉等具有重要育種價值的優異新種質（圖3）。在此基礎上，研究團隊對其中320份突變體進行了全基因組重測序，獲得了突變體的全基因組突變信息，并鑒定到105,682個EMS誘導的SNPs和21,461個EMS誘導的InDels造成了25,986基因編碼蛋白序列改變（圖4）。PCR擴增測序證實EMS誘導的SNP陽性率為 95%，InDel陽性率為40%。

圖2 部分代表性突變體的突變表型

圖3 部分具有育種價值的突變體

圖4 EMS誘導的分子變異特征

為進一步驗證利用“貴苦1號”基因組和突變體庫在鑒定功能基因方面的快捷性和高效性，研究團隊通過正向遺傳學方法（MutMap）快速鑒定到一個粉紅莖和葉柄突變體的突變基因，并通過F2群體單株的基因分型和等位突變證實了該突變基因的可靠性（圖5）；同時通過反向遺傳學方法鑒定到多個黃酮生物合成酶基因突變影響了苦蕎種子中主要黃酮組分蘆丁、煙花苷和槲皮素的含量，特別是鑒定到3個三種黃酮組分總含量增加了33%-41%的優異變異位點；闡明了“貴苦1號”基因組和突變體庫在苦蕎功能基因研究方面的高效性及分子育種中的巨大應用潛力。

圖5 正向遺傳學定位粉紅莖和葉柄突變體基因

綜上，該研究不僅為苦蕎功能基因組研究和遺傳改良提供了寶貴資源，還為推動苦蕎由傳統育種（1.0和2.0時代）進入分子育種（3.0時代）奠定了堅實的基礎，有望推動苦蕎品種更新換代和產業的發展。

貴州師范大學李洪有教授、石桃雄教授和貴州大學博士研究生呂秋諭為論文共同第一作者，貴州師范大學李洪有教授、俞鳳副教授、陳慶富教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家現代農業產業技術體系、貴州省特色雜糧生物育種重點實驗室、貴州省科技支撐和四川省科技計劃等項目的資助。

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.115621