Nature：我国学者成功破译栽培甘蔗基因组，揭开甘蔗 “甜蜜进化史”|多倍体|甘蔗|糖料

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

如今的我们，很难想象一个没有随手可得的甜食的世界，但在甘蔗被驯化之前，这正是现实。早期人类依赖稀少且季节性的甜味来源（例如蜂蜜），这些东西被视为奢侈品。甘蔗的驯化彻底革新了糖的生产，将其转变为全球性的饮食主食。然而，这一转变也付出了深远的代价：糖的广泛普及和过度消费已导致全球健康危机，而糖业的扩张又与跨大西洋奴隶贸易紧密交织，在全球范围内重塑了人类迁徙、文化和经济格局。

甘蔗是全球最主要的糖料作物，以其在茎秆薄壁细胞中积累蔗糖的超凡能力而闻名。然而，控制这一性状的遗传机制在很大程度上仍未得到探索。在其他作物中的证据表明，薄壁细胞的大小与糖分积累之间存在密切联系。在甘蔗中，薄壁细胞壁弹性的改变使其能够承受蔗糖积累产生的高膨压。尽管如此，调控甘蔗这些过程的具体基因和调控网络仍不清楚，这限制了我们对甘蔗作为糖料作物其卓越生产力的理解。

2026 年 5 月 27 日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所张兴坦研究员、福建农林大学明瑞光教授、广西大学张木清教授作为共同通讯作者（王俊刚、李晓锋、王毅斌、林继山、陈帅、刘洪博、陈晓为论文共同第一作者），在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Genetic architecture of sugarcane traits in a polyploid genomics framework 的研究论文。

该研究针对多倍体作物基因组分析核心难题，自主开发出了成套分析工具，首次成功构建了栽培甘蔗“蔗王”POJ2878的全染色体完整基因组，并揭示了甘蔗从野生植物驯化为全球最主要产糖作物的遗传密码。该研究不仅为多倍体基因组学分析提供新方法，也为开展高糖含量甘蔗精准育种指明方向。

甘蔗（ Saccharum spp.）是一种重要的糖料和生物能源作物，拥有极为复杂的多倍体基因组（10–12 套染色体）。这种复杂性源于“高贵化”育种——一种历史上通过种间杂交和反复回交的甘蔗育种过程。然而，极高的倍性长期以来阻碍了对其巨大蔗糖储存能力遗传基础的阐明。

在这项最新研究中，研究团队利用基于 Pore-C 的组装算法，完成了甘蔗奠基品种 “蔗王”POJ2878的完全定相基因组组装。该组装解析出 118 条染色体，揭示了广泛的亚基因组重组和非同源染色体重排。通过亲缘同源和等位基因特异性表达谱分析，研究团队发现了一些受育种者偏好的单倍型，其中包括一个与蔗糖含量提升相关的 SUS2 单倍型。对 981 份甘蔗种质资源的重测序追溯了 POJ2878 对现代品种的普遍贡献，并鉴定出关键的驯化和改良选择扫荡区域。受选择基因包括耐寒相关的 CBL1 、细胞大小调控的 TIP1 以及分蘖控制的 TB1 。针对多倍体基因组定制化的全基因组关联分析解析出与薄壁细胞大小和蔗糖储存能力相关的位点，其中包括经功能验证的蔗糖转运体 SUT2 。