我國(guó)豐富的蕎麥種質(zhì)資源。中國(guó)農(nóng)科院供圖
“一月開(kāi)花，兩月結(jié)果，三月收獲”的苦蕎，長(zhǎng)期以來(lái)是我國(guó)西南彝區(qū)、邊疆藏區(qū)和高海拔冷涼山區(qū)的主要糧食。如今，它作為重要的藥食同源和健康養(yǎng)生作物，受到更多人的青睞。
1月12日，《基因組生物學(xué)》在線發(fā)表了中外科學(xué)家聯(lián)合構(gòu)建的苦蕎基因組變異圖譜。他們從分子水平上明確了我國(guó)西南地區(qū)作為全世界苦蕎多樣性中心和栽培起源馴化中心的獨(dú)特地位。這為研究苦蕎馴化和性狀改良奠定了重要理論基礎(chǔ)。
中國(guó)苦蕎資源世界第一
苦蕎屬于蓼科蕎麥屬，是一種起源于我國(guó)、廣泛栽培于北半球的健康養(yǎng)生作物。
它生長(zhǎng)快、生育期短、適應(yīng)性強(qiáng)，能耐瘠薄土地。由于苦蕎富含蘆丁、槲皮素、大黃素、蕎麥糖醇等眾多生物活性物質(zhì)，含有較高的可溶性膳食纖維、維生素和礦物質(zhì)元素，因此能緩解多種人體亞健康癥狀。
“蕎麥可以與其他主要糧食作物互補(bǔ)，是重要的藥食同源作物。”論文通訊作者、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所（以下簡(jiǎn)稱作科所）研究員周美亮介紹，近年來(lái)，隨著健康中國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施和國(guó)民生活水平的不斷提高，蕎麥及其制品因其具有獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和醫(yī)療保健功能而深受消費(fèi)者青睞，在助力鄉(xiāng)村振興、鞏固脫貧攻堅(jiān)成果和滿足人民對(duì)營(yíng)養(yǎng)健康新需求中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
蕎麥不僅是營(yíng)養(yǎng)豐富均衡的健康作物，而且可以作為改善土壤肥力的輪作作物，對(duì)生產(chǎn)有機(jī)小麥和土豆具有重要促進(jìn)作用。
中國(guó)西南部地區(qū)憑借其復(fù)雜的地理環(huán)境和多樣的氣候類型孕育了尤為豐富的蕎麥種質(zhì)資源，是公認(rèn)的世界蕎麥起源中心和多樣性中心。
周美亮告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，我國(guó)擁有蕎麥屬的全部21個(gè)種，含1個(gè)變種和2個(gè)亞種。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，全國(guó)收集了約3000余份蕎麥種質(zhì)資源，其中苦蕎資源1200余份，居世界第一。
中國(guó)栽培蕎麥的歷史非常久遠(yuǎn)，至今已有4000余年。據(jù)記載，唐朝初期（公元6世紀(jì)），中國(guó)苦蕎栽培應(yīng)用就已有較大規(guī)模。我國(guó)的古農(nóng)書(shū)、古醫(yī)書(shū)、古詩(shī)詞和歷代史書(shū)都有關(guān)于蕎麥形態(tài)、特性、栽培和利用方面的描述和記載。這些栽培蕎麥經(jīng)過(guò)自然演變、人工培育和傳播后，已走出中國(guó)，在世界范圍內(nèi)廣泛分布，形成了多種多樣的現(xiàn)代品種。
如今，中國(guó)作為全球最大的苦蕎生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，蕎麥栽培面積接近100萬(wàn)公頃，年產(chǎn)量超過(guò)120萬(wàn)噸，栽培面積和產(chǎn)量?jī)H次于俄羅斯，位居世界第二。然而，“目前關(guān)于苦蕎的遺傳基礎(chǔ)和馴化過(guò)程并不清楚，重要性狀和品質(zhì)形成機(jī)理研究缺乏，嚴(yán)重制約其性狀改良和遺傳育種。”周美亮說(shuō)。
明確苦蕎栽培獨(dú)特地位
為解開(kāi)苦蕎的起源、傳播和馴化之謎，周美亮帶領(lǐng)蕎麥研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始種質(zhì)資源采集工作。他們連續(xù)多年從我國(guó)西南地區(qū)搜集野生和農(nóng)家蕎麥資源上千份，在不同生態(tài)區(qū)和耕作制度條件下篩選優(yōu)異蕎麥種質(zhì)資源，對(duì)優(yōu)異品質(zhì)性狀形成的遺傳機(jī)制進(jìn)行解析并挖掘其應(yīng)用價(jià)值。
同時(shí)，歐盟“地平線2020”生態(tài)育種計(jì)劃啟動(dòng)了蕎麥項(xiàng)目，并作為該計(jì)劃的核心研究?jī)?nèi)容。該計(jì)劃由斯洛文尼亞和捷克共同發(fā)起，聯(lián)合中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)等12個(gè)國(guó)家組織實(shí)施。作科所團(tuán)隊(duì)作為中方代表參與該計(jì)劃，并牽頭實(shí)施蕎麥項(xiàng)目。
該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外10余家科研單位，對(duì)來(lái)自14個(gè)國(guó)家的涵蓋野生種、農(nóng)家種不同層次的510份苦蕎核心資源進(jìn)行全基因組重測(cè)序，挖掘到超過(guò)109萬(wàn)個(gè)單核苷酸多態(tài)性，全面系統(tǒng)地構(gòu)建了苦蕎基因組變異圖譜，解析了苦蕎種質(zhì)資源的遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu)。
論文共同第一作者、作科所副研究員張凱旋告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，通過(guò)生物學(xué)分析，他們將510個(gè)種質(zhì)分為一個(gè)野生群體和兩個(gè)栽培群體。他們從分子水平證明了苦蕎起源于泛喜馬拉雅地區(qū)，然后傳播到中國(guó)的南方和北方，形成中國(guó)南北栽培苦蕎的兩個(gè)獨(dú)立分支，再由中國(guó)北方傳播到韓國(guó)、中亞、俄羅斯、歐洲以及北美地區(qū)，由此明確了我國(guó)西南地區(qū)作為全世界苦蕎多樣性中心和栽培苦蕎起源馴化中心的獨(dú)特地位。
研究人員在兩個(gè)栽培群體中分別鑒定到與株高、千粒重、果皮顏色、黃酮類物質(zhì)含量等農(nóng)藝和品質(zhì)性狀相關(guān)的獨(dú)立馴化區(qū)間及重要遺傳位點(diǎn)，從而在基因組水平上解開(kāi)了苦蕎起源、傳播和馴化的謎題。
藥食兩用的抗逆作物
論文共同第一作者、作科所博士后何銘介紹，作為全世界公認(rèn)的健康主食，苦蕎擁有較高的直鏈淀粉比例，有助降低人體餐后血糖升高速度；其豐富的不飽和脂肪酸有助抑制血液膽固醇含量和動(dòng)脈血栓形成，從而保護(hù)人體的心血管健康；其含有較多的黃酮類物質(zhì)，可有效維持毛細(xì)血管抵抗力；豐富的蕎麥糖醇能調(diào)節(jié)胰島素活性，起到降血糖的作用。
苦蕎作為一類重要的藥食兩用無(wú)麩質(zhì)假谷作物，是全球農(nóng)業(yè)的重要組成部分。其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力強(qiáng)、生育期短，可作為高海拔冷涼地區(qū)的主要糧食作物、大宗糧食作物之間的填閑作物、邊疆旱區(qū)的抗逆作物和荒年災(zāi)年的救災(zāi)作物。
該研究通過(guò)對(duì)苦蕎資源進(jìn)行槲皮素、蘆丁和山奈酚等功能成分的黃酮醇含量測(cè)定，發(fā)掘出一批與三種黃酮醇含量顯著相關(guān)的遺傳位點(diǎn)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)tUFGT3基因與山奈酚含量顯著相關(guān)，該基因通過(guò)編碼一個(gè)葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶，調(diào)控苦蕎中的山奈酚含量。
此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)了調(diào)控槲皮素和黃酮含量的關(guān)鍵因子。
“這些關(guān)鍵位點(diǎn)和基因的發(fā)現(xiàn)及其調(diào)控苦蕎黃酮含量分子機(jī)理的闡明將極大地推動(dòng)蕎麥的品質(zhì)改良，加快蕎麥的遺傳育種進(jìn)程。”周美亮說(shuō)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1186/s13059-020-02217-7
