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，這正是現實。早期人類依賴稀少且季節性的甜味來源（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，將其轉變為全球性的飲食主食。然而，這一轉變也付出了深遠的代價：糖的廣泛普及和過度消費已導致全球健康危機，而糖業的擴張又與跨大西洋奴隸貿易緊密交織，在全球范圍內重塑了人類遷徙、文化和經濟格局。
甘蔗是全球最主要的糖料作物，以其在莖稈薄壁細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制在很大程度上仍未得到探索。在其他作物中的證據表明，薄壁細胞的大小與糖分積累之間存在密切聯系。在甘蔗中，薄壁細胞壁彈性的改變使其能夠承受蔗糖積累產生的高膨壓。盡管如此，調控甘蔗這些過程的具體基因和調控網絡仍不清楚，這限制了我們對甘蔗作為糖料作物其卓越生產力的理解。
2026 年 5 月 27 日，中國農業科學院深圳農業基因組研究所張興坦研究員、福建農林大學明瑞光教授、廣西大學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），在國際頂尖學術期刊Nature上發表了題為：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，自主開發出了成套分析工具，首次成功構建了栽培甘蔗“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糖作物的遺傳密碼。該研究不僅為多倍體基因組學分析提供新方法，也為開展高糖含量甘蔗精準育種指明方向。
甘蔗（ Saccharum spp.）是一種重要的糖料和生物能源作物，擁有極為復雜的多倍體基因組（10–12 套染色體）。這種復雜性源于“高貴化”育種——一種歷史上通過種間雜交和反復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的闡明。
在這項最新研究中，研究團隊利用基于 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譜分析，研究團隊發現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的 SUS2 單倍型。對 981 份甘蔗種質資源的重測序追溯了 POJ2878 對現代品種的普遍貢獻，并鑒定出關鍵的馴化和改良選擇掃蕩區域。受選擇基因包括耐寒相關的 CBL1 、細胞大小調控的 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聯分析解析出與薄壁細胞大小和蔗糖儲存能力相關的位點，其中包括經功能驗證的蔗糖轉運體 SUT2 。
總的來說，這些發現闡明了甘蔗生物量生產力和糖產量的遺傳架構，為加速改良甘蔗及其他對全球糧食和生物能源安全至關重要的多倍體作物提供了基因組基礎。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10576-7
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