全球变暖已严重影响作物产量，进而威胁世界粮食安全。因此，解析植物的耐热机制从而改良作物耐热性是目前最重要的育种目标之一。美洲狼尾草（Pennisetum glaucum [L.] R. Br., syn; Cenchrus americanus [L.] Morrone.），又名珍珠粟，是一种起源于非洲的多功能C4植物，为重要的饲用植物和杂粮类作物。美洲狼尾草能够适应极端的高温气候，是作为研究非模式植物耐热机制的理想材料，但其耐热分子机制鲜有报道，关键耐热基因仍未被发掘。

该泛基因组包含了424,085个非冗余结构变异（SVs），并利用SV-GWAS鉴定到143个SV位点与美洲狼尾草重要农艺性状及高温驯化有关联。为进一步挖掘关键耐热基因，通过高温胁迫下多时间点转录组对照分析研究发现美洲狼尾草中扩张的RWP-RK转录因子（TF）家族和内质网（ER）相关基因协同参与耐热性调控，并对候选基因RWP转基因功能验证其能够提高植物耐热性。研究还发现热胁迫下SVs富集的基因在所有美洲狼尾草中表达均有差异，并借助瞬时基因表达实验证实了邻近SVs对热胁迫反应有潜在贡献。

该研究通过构建美洲狼尾草图形泛基因组，为其相关研究提供重要的基因资源信息，并且从物种水平解析了美洲狼尾草耐热的分子机制，阐明了SVs在热胁迫响应过程中的作用。研究不仅为SVs在植物响应逆境胁迫中的作用提供了理论依据，还为培育耐热作物提供了重要的指导。

图1 美洲狼尾草RWP-RK转录因子（TF）家族协同内质网相关基因响应高温胁迫

四川农业大学（第一作者和第一通讯作者单位），四川农业大学、佐治亚大学严海东博士后、四川农业大学孙敏博士、北京诺禾致源科技股份有限公司生信工程师张钟仁和四川农业大学靳雅荣博士为该论文的共同第一作者，四川农业大学黄琳凯教授和北京诺禾致源科技股份有限公司首席科学家田仕林研究员为论文的共同通讯作者。

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DOI :10.1038/s41588-023-01302-4