作为一种重要的多用途禾谷类作物，高粱有着怎样的驯化和改良过程?中国科学院植物研究所等单位的研究人员成功解析了高粱驯化改良过程中的基因组印记。相关研究成果在线发表于国际学术期刊《分子植物》。
“基于对世界范围内收集的445份高粱种质资源的基因学研究，我们发现，不同高粱亚群的血缘关系相对独立，但也存在很明显的混杂情况，各亚群之间存在广泛的基因流。这表明，高粱具有频繁的种内和种间杂交。”1月10日，论文共同通讯作者、中科院植物所研究员景海春告诉科技日报记者。
作物驯化和遗传改良在人类从游牧狩猎到定居的生活方式过渡过程中起着关键作用。高粱是世界第五大谷类作物，起源于非洲，随后传播到各大洲，具有多元驯化和受到密集育种选择的特点，可用于生产饲料、酿酒、制糖和生产生物燃料等。
“面对可持续发展的需求和应对气候环境变化的挑战，揭示高粱驯化和改良过程的基因组选择，探索种间杂交以及平行/趋同进化的遗传机制变得至关重要。”景海春强调。
依据种质资源驯化改良所处阶段与育种用途两个维度，研究人员对来自全球的445份高粱种质资源进行了基因分型，并分析了不同表型和遗传分化的基因组差异。
研究发现，不同高粱亚群的血缘关系相对独立，但也存在很明显的混杂情况，各亚群之间存在广泛的基因流，表明高粱具有频繁的种内和种间杂交。同时，研究人员还发现，多个高粱亚群之间存在大片段的相似染色体连锁区块。“这同样可以作为各群频繁基因流动的佐证。”论文共同通讯作者、中科院植物所副研究员郝怀庆解释道。
研究人员通过正选择扫描分析发现，14.68%的高粱基因组在进化过程中受到选择，涉及驯化阶段的3649个基因，籽粒高粱改良过程中的4287个基因和甜高粱改良过程中的3888个基因。
“我们还总结出驯化基因从野生到地方小种再到改良高粱过程中的8个不同的单倍型变化模型，Sh1和SbTB1两类基因分别代表了两种重要的模型，一种是弱选择及多起源模式，另一种是强选择及单驯化模式。”郝怀庆介绍。
此外，研究人员还证明了在籽粒高粱改良过程中对高粱茎秆含汁性关键调控转录因子Dry基因的无意识选择。
景海春表示，这项研究为揭示高粱驯化历程和利用提供了分子证据，同时也为未来高粱的遗传改良与从头驯化提供了思路和基因资源。
(责任编辑：韩梦晨)
