2017 年 9 月 18 日，由半干旱地區(qū)熱帶作物研究所 (ICRISAT) 主導(dǎo)，深圳華大生命科學(xué)研究院（原：深圳華大基因研究院）、青島華大基因研究院、深圳國家基因庫 (CNGB)、法國研究與發(fā)展研究所（IRD）、美國喬治亞大學(xué)、德國植物遺傳和作物研究所（IPK）等 33 家科研單位共同合作完成的珍珠粟基因組研究研究成果 發(fā)表 于雜志《自然 - 生物技術(shù)》（Nature Biotechnology）。該科研團(tuán)隊成功構(gòu)建了珍珠粟全基因組序列，并從基因組結(jié)構(gòu)、群體進(jìn)化、物種性狀關(guān)聯(lián)分析等角度全面解讀珍珠粟基因組，為農(nóng)作物的科學(xué)研究、改善珍珠粟干旱環(huán)境下的農(nóng)藝性狀提供遺傳資源。

珍珠粟項目為合作項目，得到了比爾和梅琳達(dá)·蓋茨基金會的大力支持。在該項目中，華大參與整體項目設(shè)計，共同監(jiān)督科研工作的推進(jìn)。此外，華大承擔(dān)全基因組二代測序及重測序樣品的二代測序任務(wù)，負(fù)責(zé)基因組的組裝、注釋、基因家族與進(jìn)化等基因組學(xué)方面的分析研究，對九百多個重測序樣本進(jìn)行變異檢測，并與法國研究與發(fā)展研究所（IRD）的老師合作分析珍珠粟的群體多樣性及其馴化歷史。

珍珠粟屬于禾本科黍亞科，是一種高度異花授粉的二倍體 C4 植物（2n=2x=14），具有非常高的光合作用效率和潛在生物量能產(chǎn)出。目前，珍珠粟的種植主要分布在非洲撒哈拉沙漠以南、印度及南亞等地區(qū)，是這些地區(qū)農(nóng)民的主要食物來源。這些地區(qū)土壤肥力較低、土壤水分含量少且 pH 值鹽度高，同時伴有高溫、有限降水等惡劣環(huán)境，在這樣的條件下，玉米、水稻、高粱、小麥等作物都無法廣泛種植。珍珠粟卻能很好地適應(yīng)這樣的干旱環(huán)境，在平均年降水量低至 250 毫米的地區(qū)仍可以生產(chǎn)糧食。

珍珠粟屬于孤生作物，相對于水稻、玉米等農(nóng)作物，目前在*范圍內(nèi)沒有廣泛的種植貿(mào)易，但珍珠粟粒營養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量高達(dá) 8 -19%，淀粉含量低，纖維含量高（1.2 g / 100g），微量營養(yǎng)素濃度（鐵和鋅）也高于水稻、小麥、玉米和高粱等作物。因此，珍珠粟在印非等半干旱地區(qū)的糧食種植產(chǎn)業(yè)有著重要的地位，提高珍珠粟的產(chǎn)量對改善這些地區(qū)人民的飲食營養(yǎng)意義重大。該研究采用二代測序技術(shù)，對珍珠粟全基因組 DNA 進(jìn)行了測序、組裝，并通過構(gòu)建遺傳圖譜將全基因組序列連成 7 條染色體?？蒲腥藛T在珍珠粟基因組中發(fā)現(xiàn)驗證了 378 個與植物抗病相關(guān)的 NBS（核苷酸結(jié)合位點(diǎn)）基因，其中有 26.2% 和 25.7% 分別位于 4 號和 1 號染色體，且有 QTL 定位表明這兩條染色體上有霜霉病抗性位點(diǎn)。在這兩個染色體的端粒區(qū)附近還發(fā)現(xiàn)了 NBS 基因的串聯(lián)重復(fù)，這可能是珍珠粟基因組局部基因擴(kuò)增的重要來源。

為了更好地研究珍珠粟的遺傳多樣性和馴化歷史，研究人員對來自非洲和亞洲的 994 個開放授粉品種、雜交親本近交系和近交系群體親本個體及野生品種進(jìn)行了全基因組重測序，發(fā)現(xiàn)栽培群體可能起源于西非中部的野生群體。研究人員通過群體多樣性的比較分析鑒定了栽培品種在馴化過程的受選擇區(qū)域以及這些區(qū)域中攜帶野生種與栽培種表型差異和形態(tài)發(fā)生相關(guān)的基因，為今后珍珠粟的馴化分析、表型 / 基因型關(guān)聯(lián)研究提供了更詳細(xì)的線索。

谷粒和桔梗及其成分性狀對珍珠粟的產(chǎn)量至關(guān)重要，與這些性狀相關(guān)的遺傳標(biāo)記在馴化中也經(jīng)受選擇。研究人員對珍珠粟近交種質(zhì)群體的 288 個測交后代進(jìn)行了 20 個性狀的 GWAS 分析，發(fā)現(xiàn)每穗實(shí)粒數(shù)、單位面積粒數(shù)等在內(nèi)的 15 個性狀與一千多個標(biāo)記存在強(qiáng)烈顯著的關(guān)聯(lián)，這些標(biāo)記將有助于珍珠粟的遺傳育種。

珍珠粟全基因組測序及近千個品種的重測序數(shù)據(jù)在公共數(shù)據(jù)平臺的共享將為農(nóng)作物的科學(xué)研究提供重要的資源。珍珠粟基因組的研究成果將會幫助人們更好地了解珍珠粟的遺傳基礎(chǔ)，了解珍珠粟在干旱和半干旱地區(qū)如何良好種植生產(chǎn)，加速珍珠粟的品種培育。

半干旱地區(qū)熱帶作物研究所所長 David Bergvinson 博士表示這項研究將為非洲和亞洲比較邊緣的農(nóng)業(yè)地區(qū)帶來高產(chǎn)量珍珠粟的種植貿(mào)易。另外，找到珍珠粟耐熱性更好的基因也將有助于推動加強(qiáng)其他作物如小麥、水稻和玉米的耐熱性的研究。同時，此項目也證明了投資所謂的“孤生作物”或被忽視的作物的重要性。

隨著溫度的升高，下個世紀(jì)迫切需要耐熱耐旱的農(nóng)作物。該論文的通訊作者、深圳華大生命科學(xué)研究院院長、深圳國家基因庫執(zhí)行主任徐訊表示，珍珠粟在印非地區(qū)是非常重要的糧食作物，其基因組研究對珍珠粟的遺傳育種、農(nóng)藝性狀改善有積極作用。不僅如此，針對珍珠粟能做的事情，也將可以拓展到所有的本地作物，這對支援印非半干旱地區(qū)其他農(nóng)作物的種植開發(fā)有著重要的意義。