上海
撰文丨王聰
編輯丨王多魚
排版丨水成文
如今的我們，很難想象一個沒有隨手可得的甜食的世界，但在甘蔗被馴化之前，這正是現(xiàn)實。早期人類依賴稀少且季節(jié)性的甜味來源（例如蜂蜜），這些東西被視為奢侈品。甘蔗的馴化徹底革新了糖的生產(chǎn)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槿蛐缘娘嬍持魇场Ｈ欢@一轉(zhuǎn)變也付出了深遠(yuǎn)的代價：糖的廣泛普及和過度消費已導(dǎo)致全球健康危機(jī)，而糖業(yè)的擴(kuò)張又與跨大西洋奴隸貿(mào)易緊密交織，在全球范圍內(nèi)重塑了人類遷徙、文化和經(jīng)濟(jì)格局。
甘蔗是全球最主要的糖料作物，以其在莖稈薄壁細(xì)胞中積累蔗糖的超凡能力而聞名。然而，控制這一性狀的遺傳機(jī)制在很大程度上仍未得到探索。在其他作物中的證據(jù)表明，薄壁細(xì)胞的大小與糖分積累之間存在密切聯(lián)系。在甘蔗中，薄壁細(xì)胞壁彈性的改變使其能夠承受蔗糖積累產(chǎn)生的高膨壓。盡管如此，調(diào)控甘蔗這些過程的具體基因和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍不清楚，這限制了我們對甘蔗作為糖料作物其卓越生產(chǎn)力的理解。
2026 年 5 月 27 日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所張興坦研究員、福建農(nóng)林大學(xué)明瑞光教授、廣西大學(xué)張木清教授作為共同通訊作者（王俊剛、李曉鋒、王毅斌、林繼山、陳帥、劉洪博、陳曉為論文共同第一作者），在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表了題為：Genetic architecture of sugarcane traits in a polyploid genomics framework 的研究論文。
該研究針對多倍體作物基因組分析核心難題，自主開發(fā)出了成套分析工具，首次成功構(gòu)建了栽培甘蔗“蔗王”POJ2878的全染色體完整基因組，并揭示了甘蔗從野生植物馴化為全球最主要產(chǎn)糖作物的遺傳密碼。該研究不僅為多倍體基因組學(xué)分析提供新方法，也為開展高糖含量甘蔗精準(zhǔn)育種指明方向。
甘蔗（ Saccharum spp.）是一種重要的糖料和生物能源作物，擁有極為復(fù)雜的多倍體基因組（10–12 套染色體）。這種復(fù)雜性源于“高貴化”育種——一種歷史上通過種間雜交和反復(fù)回交的甘蔗育種過程。然而，極高的倍性長期以來阻礙了對其巨大蔗糖儲存能力遺傳基礎(chǔ)的闡明。
在這項最新研究中，研究團(tuán)隊利用基于 Pore-C 的組裝算法，完成了甘蔗奠基品種 “蔗王”POJ2878的完全定相基因組組裝。該組裝解析出 118 條染色體，揭示了廣泛的亞基因組重組和非同源染色體重排。通過親緣同源和等位基因特異性表達(dá)譜分析，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一些受育種者偏好的單倍型，其中包括一個與蔗糖含量提升相關(guān)的 SUS2 單倍型。對 981 份甘蔗種質(zhì)資源的重測序追溯了 POJ2878 對現(xiàn)代品種的普遍貢獻(xiàn)，并鑒定出關(guān)鍵的馴化和改良選擇掃蕩區(qū)域。受選擇基因包括耐寒相關(guān)的 CBL1 、細(xì)胞大小調(diào)控的 TIP1 以及分蘗控制的 TB1 。針對多倍體基因組定制化的全基因組關(guān)聯(lián)分析解析出與薄壁細(xì)胞大小和蔗糖儲存能力相關(guān)的位點，其中包括經(jīng)功能驗證的蔗糖轉(zhuǎn)運體 SUT2 。
總的來說，這些發(fā)現(xiàn)闡明了甘蔗生物量生產(chǎn)力和糖產(chǎn)量的遺傳架構(gòu)，為加速改良甘蔗及其他對全球糧食和生物能源安全至關(guān)重要的多倍體作物提供了基因組基礎(chǔ)。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10576-7
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