四川在线记者 阚莹莹

在四川农业大学草业科技学院的实验室里，种着一排看起来毫不起眼的植物——叶子像玉米叶一样修长，结的花序像动物尾巴，“这就是美洲狼尾草。”四川农业大学草业科技学院副院长、国家现代农业产业技术体系四川饲草创新团队岗位专家黄琳凯告诉记者。

看似不起眼的小草，却凝结了黄琳凯和团队10年的科研成果。去年3月，黄琳凯团队在国际权威学术期刊《自然遗传学》（Nature Genetics）在线发表了题为“Pangenomics identifies structural variation associated with heat tolerance in pearl millet”（美洲狼尾草泛基因组构建、结构变异挖掘及耐热机制解析）研究成果。团队基于美洲狼尾草研究，构建了全球首个牧草领域图形泛基因组。这一针对优质牧草选育的阶段性成果，获评“2023年度四川十大科学进展”。

牧草种子70%依赖进口

瞄准牧草种业“卡脖子”难题启动研究

中国是畜牧业大国，畜牧产值和畜产品产量位居世界前列，但牧草产业却还比较落后。数据统计，每年全国进口干草达200多万吨，价格高达每吨3000元到4000元，牧草种子也有70%依赖进口。

四川作为畜牧业大省，牛存栏量全国第一，羊存栏量也位于全国前列。但冬季饲草缺乏，每年仍需从河北等地调运草料。

产业发展的难题，要从优质牧草选育这一基础性研究破题。“草的遗传背景复杂，资源也非常缺乏。此外，相比于粮油作物、经济作物，牧草研究算是一个小课题。长期以来，牧草基础性研究还比较弱。”黄琳凯说。

2013年，刚从美国留学回来的黄琳凯接受了导师、四川农业大学草业科技学院院长张新全的建议，专注美洲狼尾草研究。“在牧草中，狼尾草很特殊。这是一种高产型的牧草，亩产鲜草量最高可以达到20吨到30吨，平均也可以达到15吨以上。”张新全说，而普通牧草的平均产量只有8—9吨。

美洲狼尾草亩产量最高可达20吨到30吨。

中国从上世纪八九十年代引入狼尾草属牧草，已经在全国大范围种植。“在中国牧草缺口如此大的背景下，牧草育种界迫切需要选育出自己的优质牧草品种。”张新全说。

率先掌握优质品种基因序列

为牧草育种提供重要基因资源

如何加快育种进程？在育种界，分子育种具有很大优势。

要做分子育种，首先要掌握美洲狼尾草这一优质品种的基因序列。当时，世界上还没有团队完成这项研究。

黄琳凯联合国内外多家单位，从全球8个地区收集的394份美洲狼尾草核心种质中，选取10份代表性材料，利用Pacbio HiFi等技术进行基因组从头组装，获得了高质量的基因组组装序列，结合一个已报道的基因组，构建了首个美洲狼尾草图形泛基因组，发掘到424085个结构变异。

基于泛基因组图谱进行的全基因组关联分析，团队还发现了143个重要农艺性状相关联的变异位点，并挖掘到446个与产量性状相关的候选基因。

“有了这些候选的基因，育种家就可以随时调用，加速选育出优质牧草品种。”黄琳凯说。

这项研究除了为牧草育种提供了重要基因资源，黄琳凯和团队还有意外的收获。

全球变暖的背景下，水稻、小麦等重要粮食作物的产量受到威胁。能够适应极端高温气候的美洲狼尾草，恰好也是研究植物耐热机制的优良材料。团队通过对水稻、玉米、高粱等多个物种进行比较基因组学分析，发现美洲狼尾草中扩张的RWP-RK转录因子家族和内质网相关基因协同参与耐热性调控。

基于此，团队挖掘并验证3个关键结构变异和调控候选基因，其中一个基因显示可以在水稻中过表达。“这意味着，这一来自美洲狼尾草的基因，可以用于选育耐热性更好的水稻新品种中。”黄琳凯说。

张新全（右二）、黄琳凯（左二）和团队在实验室中。

去年，黄琳凯和团队建立了数据分享网站，把研究中得出的数据向全世界研究团队开放。网站开放以来，已经有超过26个国家和地区的19万人次使用。

更好的消息是，基于这项研究，团队已经创制出一种狼尾草新材料，并命名为“川育1号”。“目前正在申请新品种认定，很快就会有结果。”黄琳凯说。

（图片由受访者提供）