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粮食安全是“国之大者”。当前，全球变暖已严重影响作物产量，进而威胁世界粮食安全。解析植物的耐热机制从而改良植物耐热性是目前最重要的育种目标之一。美洲狼尾草（Pennisetum glaucum [L.] R. Br., syn; Cenchrus americanus [L.] Morrone.），又名珍珠粟，是一种起源于非洲的多功能C4植物，为重要的饲用植物和杂粮类作物。由于美洲狼尾草能够适应极端高温的气候，是研究非模式植物耐热机制的理想材料，但其耐热分子机制鲜有报道，关键耐热基因仍未被发掘。
3月2日，四川农业大学草业科技学院黄琳凯教授研究团队在国际权威学术期刊Nature Genetics在线发表了题为Pangenomics identifies structural variation associated with heat tolerance in pearl millet的研究成果。该研究基于美洲狼尾草的地理分布和遗传多态性分析结果，从394个核心种质中筛选出10个具有代表性的种质进行基因组de novo测序和组装，结合一个已报道的基因组构建了首个美洲狼尾草图形泛基因组。该成果在构建牧草图形泛基因组方面取得了重大突破，为其相关研究提供重要的基因资源信息，并解析了美洲狼尾草耐热的分子机制。为培育耐热作物提供了重要信息。
该研究涉及的泛基因组包含424,085个非冗余SVs，并利用SV-GWAS鉴定到143个SV位点与美洲狼尾草重要农艺性状及高温驯化有关联。为进一步挖掘关键耐热基因，通过高温胁迫下多时间点转录组比较分析，发现美洲狼尾草中扩张的RWP-RK转录因子家族和内质网相关基因协同参与耐热性调控，其互作关系也得到了功能验证。该研究还发现热胁迫下SVs富集的基因在所有美洲狼尾草中表达均有差异，并借助瞬时基因表达实验证实了邻近SVs对热胁迫反应有潜在贡献。
图1 基于多组学联合分析解析狼尾草耐热分子机制
四川农业大学研究生、弗吉尼亚理工大学/佐治亚大学严海东博士后、四川农业大学孙敏博士、北京诺禾致源科技股份有限公司生信工程师张钟仁和四川农业大学靳雅荣博士为该论文的共同第一作者，四川农业大学黄琳凯教授（第一通讯）和北京诺禾致源科技股份有限公司首席科学家田仕林研究员为论文的共同通讯作者。四川农业大学国家重点实验室、水稻研究所、动物科技学院、小麦研究所、南京农业大学、四川大学、美国佛罗里达大学、国际家畜研究所、国际热带半干旱地区作物研究所、西班牙科学院、四川省畜牧科学院和武汉大学等单位研究人员参与了本项目的研究。该研究得到了国家牧草产业技术体系、国家自然基金和四川省饲草育种攻关等项目资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41588-023-01302-4
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