aBIOTECH | 中外科学家聚焦杂草基因组及其育种利用研究进展

杂草是一类非常特殊的植物类型，近年来引起世界各国科学家们的广泛关注。杂草是研究植物环境适应性进化的一个理想系统，是农田杂草剂高效利用和污染防治的重要研究对象，同时也是作物育种遗传资源挖掘的重要宝库。根据美国杂草协会估计，目前世界共有177个科近3000个物种被称为杂草 (http://www.wssa.net)。但是目前对杂草的界定存在争议，缺少清晰准确的杂草物种清单，如拟南芥（Arabidopsis thaliana）是否属于杂草就存在明显争议。

近日，aBIOTECH 在线发表了题为“Weed genomics: Yielding insights into the genetics of weedy traits for crop improvement” （点击题目查看原文）综述文章，中外科学家对杂草参考基因组和群体基因组测序进展进行了详细梳理，总结了近10年杂草基因组学研究对杂草生物学及其杂草性状遗传资源育种利用的贡献，是杂草基因组学研究方面一个完整和系统的回顾。

根据作者统计，最近10年至少26个杂草物种基因组被测序和从头拼接，其中17个物种获得了高质量参考基因组（染色体水平），这些基因组涉及单双子叶不同杂草种类，其中来自禾本科杂草最多（图1），基因组大小从最小的270 Mb （Barbarea vulgaris）到最大的4.4 Gb（Aegilops tauschii）。群体基因组学是探究杂草起源和环境适应机制的重要手段，自2017年以来，杂草群体基因组学研究从杂草稻开始，目前已在12个杂草物种开展了群体基因组学研究，尤其集中在杂草稻、稗草、狗尾草等禾本科杂草。

图中标出了测序完成的单子叶和双子叶杂草种类及其亲缘关系

图1. 杂草基因组测序情况

由于杂草的广泛适应性，其杂草性状的遗传机制研究对于杂草防控和作物育种具有重要价值，近10年基因组学研究成果对于杂草生物学和作物遗传育种提供了许多重要发现。例如对于稻田杂草基因组的研究清晰地证明了主要杂草稻和部分稗草起源自栽培稻或栽培稗（即所谓作物去驯化进化机制），同时部分杂草经历杂交起源方式，发现稻田拟态水稻的杂草是由于人类的无意识选择（如稻田拔草）导致的（图2）。另外，通过全球杂草稻采样分析发现了除草剂抗性基因全新突变位点，为水稻除草剂抗性育种提供了重要遗传资源。同时，一些作物本身就源自杂草，例如栽培黑麦驯化自杂草黑麦。由此可见，杂草为作物提供了重要遗传育种资源。

图中三种恶性杂草包括杂草稻、稗草和千金子；起源进化方式包括去驯化、杂交和作物拟态。HUS: 人类无意识选择

图2. 稻田中三种恶性杂草起源进化的基因组证据

但是杂草基因组学远远落后于作物基因组研究。作物与杂草本一家，杂草和作物基因组学研究密不可分，相辅相成。作物基因组学研究可以为杂草基因组学研究提供许多重要经验。因此，学科之间交叉对于杂草基因组学研究具有重要意义。

该综述由浙江大学樊龙江教授、湖南省农科院柏连阳院士、中国农科院植保所李香菊研究员团队与国外科学家一同联合撰写。我国近年来在杂草基因组研究领域表现抢眼，一些重要杂草参考基因组和群体基因组学研究均是由中国科学家完成，例如稗草、千金子、杂草稻等。

阅读原文：https://link.springer.com/article/10.1007/s42994-022-00090-5