谷子是起源自我国的古老作物，隶属禾本科狗尾草属，至今仍是旱作农业的主栽作物。 资料图
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谷子籽粒为小米，营养价值高，深受人们喜爱。 资料图
近日，记者从中国农业科学院获悉，该院作物科学研究所的一篇研究论文登上国际期刊《自然·遗传学》杂志。该成果破解谷子高质量图基因组“天书”，力证全世界的谷子均来自中国。
“历时10年，我们对谷子及其野生种青狗尾草的1844份核心种质资源进行深入分析，发掘了1084个重要性状相关位点和基因，绘制了谷子首个高质量图基因组。”论文通讯作者、中国农业科学院作物科学研究所研究员刁现民告诉记者，基于高覆盖深度测序，研究厘清了谷子野生种、农家品种和现代育成品种的群体结构、分类和衍化关系，阐明了谷子起源及驯化改良的过程；这些群体遗传学证据清楚表明谷子是单起源，即全世界的谷子均来自中国。
研究
解析1844份核心种质资源群体结构
谷子是起源自我国的古老作物，隶属禾本科狗尾草属，至今仍是旱作农业的主栽作物，更是应对气候变化和干旱环境的战略储备作物。其籽粒为小米，营养价值高，深受人们喜爱。
“我国是谷子的起源国，也保存着全世界最多的谷子资源。”中国工程院院士刘旭认为，本研究明确了谷子野生种、农家品种和现代育成品种三类资源的基因组变异本底，介绍了三类资源的亚群分类和地理分布及其演化的可能过程，从遗传学上肯定了谷子单起源中心，即中国起源中心的理论，是利用新技术进行资源研究的典型代表。
为了破解图基因组“天书”，研究团队在对谷子野生种、农家品种和现代育成品种等1844份核心种质资源群体结构进行解析的基础上，从头组装了110个谷子和狗尾草高质量基因组，绘制了首个狗尾草属基因组变异图谱，构建了首个杂粮和碳四(C4)作物高质量图基因组。
“《自然·遗传学》发表的谷子图泛基因组研究，是杂粮领域第一个高质量图泛基因组。这一工作不仅是谷子研究的又一次‘里程碑’式工作，也是对‘小作物—大作为’的最好诠释，并将对其他作物研究起重要推动作用。”中国科学院院士李家洋表示。
作物种质资源是优异基因的载体，对种质资源基因组变异的系统性认识和表型性状的精准鉴定有利于其中优异基因的发掘和利用。研究建立了基于谷子图基因组的最优预测模型和全基因组选择育种方法，该方法可加速作物遗传研究并使谷子表型预测精度最高提升12.6%。
“谷子基因组就好像一本复杂的‘天书’，而如今我们破解了这本‘天书’，可以看懂它，并根据它的指引，去培育更好的品种，”中国科学院院士、中国农科院作科所研究员钱前表示，“谷子是中国人驯化的，是中国人在历史上对人类文明最大的贡献之一。”
追溯
古老的谷子，曾经推动中国人口增长
谷子是人类驯化最早的作物之一，这种起源于中国的小颗粒谷物，最早的考古证据，可以追溯到1万多年前。在漫长的历史中，一直都是中国的主要粮食作物，是北方黍粟文化的代表性作物。
中国农科院作科所特色农作物优异种质资源发掘与创新利用团队负责人、国家谷子高粱产业技术体系首席科学家刁现民介绍，中国驯化和栽培谷子的历史非常悠久，考古学家们在北京门头沟东胡林人遗址中，发现了11000多年的碳化谷子。大约6000年前到5000年前，谷子的栽培日渐繁荣，仰韶文化、红山文化等遗址中，都发现了大量的谷子踪迹，许多历史学家认为，这一时期，中原人口出现了第一次爆发性增长，其中谷子栽培是重要的基础之一。
科学家们曾对谷子的起源有多种猜测，包括欧洲起源、中亚起源等说法，但随着科技的进步，越来越多的发现证明，中国是谷子唯一的起源地。2002年，在青海喇家遗址出土了迄今最早的面条，经科学分析，该面条是谷子的颗粒也就是小米制作的。
“在魏晋时代，谷子的栽培达到了高峰，隋唐以后，北方麦作文化兴起，逐渐形成了南稻北麦的格局，但谷子一直都是中国北方主要的作物之一，甚至到新中国成立以后，这一状态也没有明显的变化”，刁现民介绍，“谷子真正从大宗作物逐渐变成小作物，其实是近40年的事情。数据显示，1978年，当时全国最大的谷子主产地黑龙江省，还有2000万亩以上的谷子，而现在，全国谷子播种面积只有2500万亩-3000万亩。”
产量
谷子是碳4作物，它其实很高产
在作物中，小麦、水稻等都是碳3作物，而谷子是碳4作物，其典型的特征是，在光合作用中，它拥有更高的转化率，因此是天然的高产作物，和谷子类似的还有玉米、高粱等，同样都是高产作物。
刁现民介绍，在科技攻关方面，我国已经取得了众多成就，如构建了谷子完全雄性不育SPT技术体系，为提升杂交种制种效率提供了支撑，制定了谷子适合机械化收获、加工品质评价与优质评价的团体标准，优质谷子新品种金苗K1继续扩大种植面积，成为全国推广面积最大的优质品种。
“许多人对谷子有一种误会，觉得它产量低，”刁现民说，“造成这种误解的原因，可能和谷子大多种在旱地、贫瘠土地上的现状有关。事实上，在水浇地中，合理的施肥、浇水、田间管理条件下，谷子可以达到600-700公斤的亩产，在科学家的试验田中，最高纪录目前是860公斤。但在旱地，普遍只有250-300公斤的亩产。”
谷子是高产作物，既有高产的潜力，也有高产的纪录，实现这一切的，是科技的力量。刁现民说，目前谷子育种中，已经实现“绿色革命”，原本1.7-1.8米的株高，已经降低到1.2米左右，实现了普遍的矮秆化，当前推广的主要品种，都是矮秆化的，这极大地提升了谷子的产量。
作为传统北方作物的谷子，是否可以推广到南方?刁现民介绍，在技术层面，目前并不存在困难，“谷子是耐旱作物，但并不意味着它只能在旱地种植，事实上，在水浇地上，产量更好。在过去，南方旱地上也有很多谷子，我们的国家种质库中，来自各个地方的谷子都有。因此在南方发展谷子是完全可能的，比如在江西，8月份仍可以播种，把当地的晚秋季、早春季的作物利用起来。”
知多D
“国际小米年”
联合国粮农组织将2023年定为“国际小米年”，认为以小米为代表的小颗粒谷物，在利用贫瘠土地、应对气候变化等诸多方面有不可或缺的优势，将在保障全球粮食安全中发挥更大的作用。
整合:朱林
来源:科技日报、中新社、中国农业科学院官网
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