苦荞（Fagopyrum tataricum）起源于喜马拉雅地区，是高海拔冷凉山区重要的粮食作物，富含黄酮等生物活性物质，对保障当地粮食与营养安全、带动特色产业发展具有重要作用。然而，喜马拉雅地区强烈的紫外线和低温环境对作物生长形成双重胁迫，进一步加剧了抗逆与高产难以兼顾的矛盾。因此，如何突破这一育种瓶颈，创制适宜高海拔地区种植的高产优质新种质，已成为苦荞产业亟待解决的关键问题。
8月11日，中国农业科学院作物科学研究所、作物基因资源与育种全国重点实验室周美亮研究员领衔的科研团队联合国内外科研单位在Cell在线发表了题为Pangenome-guided breeding restores high-altitude adaptation and improves yield in Tartary buckwheat的论文，该研究系统收集并整合了喜马拉雅地区的野生苦荞资源和世界各地的栽培苦荞地方种质，构建了苦荞泛基因组，发掘并聚合调控高海拔适应性和籽粒大小的优异等位变异，创制兼具高海拔适应性与高产潜力的苦荞新种质。
构建苦荞泛基因组图谱，寻找丢失的“高原密码”
研究团队历时10余年，持续深入我国中西部及喜马拉雅地区开展野生荞麦资源考察、收集、鉴定与保护工作，收集野生资源2000余份，基本摸清了我国野生荞麦资源的分布情况。同时，团队围绕优异种质创新利用和新品种选育持续攻关，培育出广适、高产、稳产的苦荞新品种“中苦3号”。在此基础上，团队基于包括“中苦3号”在内的16份代表性种质，构建了苦荞泛基因组，并整合来自15个国家和地区的994份苦荞种质资源的遗传变异信息，构建高分辨率变异图谱。分析发现，喜马拉雅野生苦荞保留了更高的遗传多样性和更多的特有结构变异，为发掘栽培苦荞驯化丢失的环境适应基因和产量改良位点提供了遗传资源。
图1苦荞泛基因组及高分辨率变异图谱的构建
聚焦产业瓶颈，挖掘高产育种核心靶点
团队从野生苦荞特有结构变异中鉴定到基因FtRNH，该基因在苦荞驯化过程中因与受到选择的邻近基因组区域紧密连锁而被一并丢弃，因而在所有栽培苦荞中缺失。研究发现，该基因可通过清除细胞内过量堆积的、阻碍基因正常表达的异常核酸结构，减轻紫外线和低温造成的DNA损伤，从而提高苦荞的高海拔适应性。
图2 FtRNH提高苦荞高海拔适应性
同时，团队还鉴定到调控籽粒大小的基因FtPLATZ3，进而发现该基因启动子插入变异以及FtPLATZ家族同源基因拷贝数增加均可促进籽粒发育，使籽粒大小提高约10%，为苦荞高产育种提供了重要靶点。
图3 FtPLATZ3启动子变异调控苦荞籽粒大小发育
优异基因精准聚合，创制高海拔高产新种质
团队进一步聚合野生苦荞中的FtRNH、地方种质中的大籽粒FtPLATZ3单倍型及更多FtPLATZ同源拷贝，通过杂交、回交和分子标记辅助选择，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%。验证了聚合野生抗逆基因与地方种质高产等位变异的育种潜力，为苦荞高海拔适应性与产量协同改良提供了可借鉴的技术路线，也为其他作物野生优异基因的利用提供了参考。
图4适应高海拔的大籽粒高产苦荞新种质创制
作科所研究员张凯旋、副研究员何毓琦，作科所已毕业博士林豪、何佳悦等为论文共同第一作者。作科所周美亮研究员、刘旭院士、何毓琦副研究员，兰州大学刘建全教授，澳大利亚默多克大学Rajeev Varshney教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中国农业科学院青年创新计划、西藏自治区科技项目、波兰国家科学中心SHENG项目、亚洲合作资金项目等资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.07.035
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