中国农业科学院作物科学研究所周美亮研究员团队联合国内外科研力量，成功解析了苦荞高海拔适应性和籽粒产量形成的遗传基础，从野生苦荞中找回了栽培荞麦中丢失的高原适应性基因，并将其与地方品种中的大粒高产优异变异聚合，创制出兼具高海拔适应性和大粒高产特性的苦荞新种质。相关研究成果11日发表于国际期刊《细胞》。
论文通讯作者周美亮表示，长期以来，高海拔地方品种虽然耐寒、耐强紫外线，却普遍籽粒偏小、产量较低，而低海拔地区培育的大粒高产品种，进入高原后又容易出现结实不良。如何兼顾环境适应性与产量，成为苦荞育种必须突破的关键难题。
过去10余年，周美亮团队持续深入我国中西部及喜马拉雅地区，开展野生荞麦资源调查，累计收集喜马拉雅地区野生材料2000余份，摸清了我国野生荞麦资源的分布格局。在开展资源保护的同时，团队持续推进优异种质创新利用和新品种选育，培育出广适、高产、稳产的苦荞新品种“中苦3号”。
为了更全面地发掘这些资源中蕴藏的优异变异，研究团队以“中苦3号”在内的16份代表性材料为基础构建了苦荞泛基因组，并汇集来自15个国家和地区的994份种质资源，绘制高分辨率变异图谱。沿着这些遗传变异线索，研究团队找到了苦荞适应高原的关键基因——野生苦荞特异基因FtRNH，以及调控籽粒大小的FtPLATZ基因座。
“通过杂交、回交和分子标记辅助选择，我们将野生资源中的FtRNH优异单倍型、地方品种中的大粒FtPLATZ3单倍型以及更多FtPLATZ基因拷贝，精准聚合到同一遗传背景中，创制出兼具高海拔适应性和大粒高产特性的苦荞新种质，在高海拔条件下较对照品种增产约25%。”周美亮说。
该研究完成了从基因组资源构建、关键基因发现和分子机制解析，到优异变异聚合与田间育种验证的完整闭环，把藏在野生苦荞中的遗传资源，真正转化为可供育种利用的新种质。周美亮表示，该研究为破解作物改良中“环境适应性与产量难以兼得”的难题提供了新思路，也为利用野生种质资源改良其他面临极端环境胁迫的作物提供了重要参考。