小麦族作为禾本科中具有重要经济价值的植物类群，涵盖大麦、小麦、黑麦等重要作物以及众多关键的牧草资源植物。基因组结构变异通常会引起物种遗传和表观遗传的改变，是推动物种适应性进化的重要驱动力之一。尽管先前的研究已经对小麦族基因组结构变异进行了探索，但仍有一些未解之谜和争议。
2025年1月1日，Journal of Genetics and Genomics在线发表中国科学院植物研究所焦远年研究员团队题为“Ancestral genome reconstruction and the evolution of chromosomal rearrangements in Triticeae”的研究论文。该研究重构了小麦族及小麦谱系的祖先基因组，深入探讨了小麦族基因组结构变异的演化历程，澄清了之前关于染色体重排的部分争议。
点击图片｜阅读原文
该研究利用已发表公共基因组数据构建了小麦族和小麦谱系的高质量祖先基因组，每个祖先基因组均包含七条染色体，分别携带22,894和29,060个祖先基因。通过比较祖先基因组和现存小麦族物种基因组，进一步探讨了小麦族基因组结构变异的演化历史以及相关争议。首先，发现大麦(Hordeum vulgare)和长穗偃麦草(Thinopyrum elongatum)具有相对保守的染色体结构，而黑麦(Secale cereale)经历大量物种特异的染色体重排；其次，证实4AL/5AL易位在多个小麦族物种中存在且具有相同或相似断点，但综合证据支持该易位在小麦族中是多次独立起源的；再次，证实四倍体小麦中发生的4AL/7BS易位是相互易位，而非从7BS到4AL的单向易位；最后，通过比较小麦族物种中结构变异断点的位置，发现5个在多个物种中独立发生结构变异的热点区域，并初步探讨了热点区域的遗传特征，为后续进一步研究基因组结构变异的遗传和表观遗传驱动机制提供了重要基础。
小麦族祖先基因组重建及结构变异历史
综上所述，该研究提供了小麦谱系和小麦族的高质量祖先基因组，为小麦族研究领域提供重要参考资源；阐明小麦族物种染色体重排的演化历史，澄清了先前研究中关于染色体重排的一些争议；初步探讨了基因组结构变异的成因，从而加深了我们对小麦族物种染色体重排及其演化机制的理解。
作者简介
中国科学院植物研究所已毕业博士生闫学青为该论文第一作者，焦远年研究员为通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金等项目资助。
引用本文
Xue-Qing Yan, Run-Xian Yu, Jin-Peng Wang, Yuan-Nian Jiao. (2024). Ancestral genome reconstruction and the evolution of chromosomal rearrangements in Triticeae. Journal of Genetics and Genomics.
DOI：10.1016/j.jgg.2024.12.017
