小麦是世界上最重要的粮食作物之一，为全球超过三分之一的人口提供能量来源。目前，随着全球气候的不断恶化，严重威胁了世界农业生产。自工业革命以来，作物育种目标发生了很大变化，上世纪60年代的绿色革命，开发了能够应对肥料和灌溉而不倒伏的半矮化小麦品种，由于长期多倍化和育种驯化历程，使得六倍体面包小麦遗传多样性日益狭窄，成为当前小麦育种的最大“瓶颈”。针对如何提高小麦产量和品质，培育出抗逆性高且快速适应气候变化的现代小麦新品种这些重大科学和生产问题，宋纯鹏教授团队探索从小麦D亚基因组的野生近缘种引入优异基因资源的新策略，成功创建节节麦-小麦渐渗（A-Wi）平台和技术体系，这一庞大的小麦D基因组改良工程不仅赋予小麦抗性、品质和产量等新的农艺性状，也为整个禾谷类作物改良提供了可供借鉴的经典技术范例。其关于节节麦全基因组快速渐渗的研究成果于2023年11月28日以“A platform for whole-genome speed introgression fromAegilops tauschiito wheat for breeding future crops”为题发表在Nature Protocols杂志上。
该研究创建了一个系统、标准化的节节麦优良基因资源高通量快速渐渗到小麦的技术体系（A-Wi）和平台。该技术体系整合了远缘杂交、快速渐渗、快速加代、非变性荧光原位杂交（ND-FISH）、高通量表型组（HTP）和全外显子测序等现代生物学技术，高效地将小麦D亚基因组祖先种节节麦的整个基因组快速渗入到现代小麦品种中。整个方案包括三个主要阶段：人工八倍体小麦的快速合成（speed SOW synthesis），节节麦基因组的快速渐渗（speed introgression）和渐渗系渐渗基因的快速纯合（speed homozygosity）。利用该方案可以在两年内创制稳定的节节麦/现代小麦的高代纯合渐渗系A-WIs（Ae. tauschii-wheat introgressions），将节节麦的优异性状渗入到现代小麦品种中。本研究不仅为实现小麦D基因组的从头驯化，拓展小麦D亚基因组遗传多样性，研究D亚组的基因功能提供了系统、全面、切实可行的技术路线，更为重要的是为现代小麦品种改良创制了重要的全新种质材料，将小麦遗传改良带入新阶段。此外，本研究研发的A-Wi技术平台同样适用于棉花、油菜等其他多倍体作物，为这些作物实现野生近缘种的全基因组渗入和遗传改良提供了很好的方法学基础。
利用快速渐渗方法重建小麦D亚基因组的方案概览
本研究是宋纯鹏教授团队继2021年在Nature Plants上发表的题为“Introgressing the Aegilops tauschiigenome into wheat as a basis for cereal improvement”创新性研究成果的姊妹篇，突显了我校在小麦等作物逆境适应与改良领域研究的前瞻性、系统性和可持续性。
该项研究工作由河南大学省部共建作物逆境适应与改良国家重点实验室宋纯鹏教授的小麦团队通力协作完成，宋纯鹏教授和周云教授为论文的共同通讯作者，李浩教授、在读博士生朱乐乐和已毕业硕士生范芮晓为共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金重点项目(32230079)，国家重点研发计划项目(2022YFF1001600)和河南省省级科技研发计划联合基金(222301420102)等项目的资助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41596-023-00922-8
相关研究成果
1.Zhou, Y. et al. Introgressing the Aegilops tauschii genome into wheat as a basis for cereal improvement. Nat. Plants 7, 774–786 (2021).
2.Ma, F. et al. Introgression of QTL from Aegilops tauschii enhances yield-related traits in common wheat. Crop J. 11, 1521–1532 (2023).
