燕麥作為全球重要的糧飼兼用作物，在保障糧食安全、健康食品供應(yīng)和緩解畜牧業(yè)飼料短缺方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。同時(shí)，河北省也是我國(guó)燕麥種植面積最大的省份之一，其在推動(dòng)鄉(xiāng)村振興、農(nóng)民增收、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、健康食品供應(yīng)、畜牧業(yè)發(fā)展等方面具有重要作用。近期，河北大學(xué)杜會(huì)龍/鞏志忠教授團(tuán)隊(duì)在燕麥基因組學(xué)與設(shè)計(jì)育種研究領(lǐng)域取得多項(xiàng)突破性進(jìn)展：完成了全球燕麥種質(zhì)資源的廣泛收集與新質(zhì)生產(chǎn)力的系統(tǒng)性評(píng)價(jià)，篩選了120余份高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、耐逆的優(yōu)異燕麥種質(zhì)資源，構(gòu)建了全球首個(gè)燕麥超級(jí)泛基因組和多組學(xué)整合數(shù)據(jù)庫(kù)，突破了六倍體燕麥高效的基因組育種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了燕麥重要農(nóng)藝性狀相關(guān)基因的規(guī)模化挖掘與利用，并系統(tǒng)地揭示了燕麥環(huán)境適應(yīng)性演化與表型可塑性的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，成果發(fā)表在Nature Genetics、Nature Plants、Nature Communications、Molecular Plant、Cell Reports等國(guó)際知名期刊。

1）全球燕麥種質(zhì)資源新質(zhì)生產(chǎn)力的系統(tǒng)性評(píng)價(jià)與優(yōu)異種質(zhì)資源篩選

通過(guò)整合來(lái)自全球29個(gè)國(guó)家近萬(wàn)份燕麥種質(zhì)資源，并結(jié)合地理來(lái)源多樣性、表型多樣性和部分遺傳多樣性等信息篩選了2300余份代表性燕麥材料，并于2022-2025年在河北保定、河北張家口、山東東營(yíng)、青海等多個(gè)生態(tài)區(qū)域開(kāi)展了連續(xù)4年的表型評(píng)價(jià)，完成了全球代表性燕麥種質(zhì)資源新質(zhì)生產(chǎn)力（基因型與表型）的全面調(diào)查，為了解我國(guó)現(xiàn)存燕麥種質(zhì)資源的表型多樣性、遺傳多樣性和育種潛力提供了重要參考（圖1）。同時(shí)，結(jié)合多年多點(diǎn)的表型調(diào)查與驗(yàn)證工作，篩選出了120余份高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、耐鹽堿、耐干旱的優(yōu)異燕麥種質(zhì)資源，極大地豐富了我國(guó)優(yōu)異燕麥骨干親本庫(kù)。

圖1張家口沽源縣等多年多點(diǎn)的田間表型調(diào)查、優(yōu)異種質(zhì)篩選與雜交育種工作

2）全球首個(gè)燕麥多組學(xué)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)助力燕麥分子輔助設(shè)計(jì)育種

結(jié)合全球1100余份野生和栽培燕麥種質(zhì)資源的基因型圖譜，多點(diǎn)多點(diǎn)的表型調(diào)查數(shù)據(jù)，不同發(fā)育時(shí)期和各類(lèi)脅迫下多組學(xué)數(shù)據(jù)，以及通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析和群體轉(zhuǎn)錄組分析獲得的多個(gè)與產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病、耐逆等相關(guān)的候選eQTL和基因等信息，構(gòu)建了全球首個(gè)燕麥綜合多組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)OatOmics，為燕麥功能基因組學(xué)研究和分子育種提供了全面的共享平臺(tái)（圖2）（李偉等, Molecular Plant, 2025, IF=24.1）。OatOmics綜合多組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立標(biāo)志著燕麥基因組學(xué)研究和分子育種進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。

圖2 OatOmics多組學(xué)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)概覽

3）全球首個(gè)燕麥屬超級(jí)泛基因組助力重要農(nóng)藝性狀相關(guān)基因的規(guī)?；诰蚺c利用

燕麥屬包含約30個(gè)野生近緣種，具有豐富的基因組倍型并展現(xiàn)出極高的表型多樣性和廣泛的適應(yīng)性，是栽培燕麥優(yōu)異基因挖掘和抗逆性育種改良的天然寶貴資源。團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建全球首個(gè)燕麥屬超級(jí)泛基因組，明確了燕麥屬多倍體物種的起源與演化歷史，揭示了燕麥屬物種間復(fù)雜的網(wǎng)狀進(jìn)化和頻繁的遺傳交流塑造了其豐富的基因組倍型與基因組多樣性。同時(shí)，在野生燕麥中挖掘到了約26.63%的新基因及59.93%的新基因型，并證明了利用野生燕麥改良栽培燕麥的可行性（圖3）（張宏宇等, Nature Genetics, 2025, IF=29.0）。團(tuán)隊(duì)首次明確了燕麥屬B亞基因組的起源及其在燕麥抗病耐逆方面的重要潛力（何強(qiáng)等, Journal of Integrative Plant Biology, 2025, IF=9.3）。該研究不僅為解析燕麥進(jìn)化與環(huán)境適應(yīng)演化機(jī)制提供了理論支撐，也為推動(dòng)燕麥分子設(shè)計(jì)育種以及高效利用野生資源改良栽培燕麥奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖3 燕麥屬超級(jí)泛基因組構(gòu)建及野生近緣種的遺傳多樣性

4）解碼燕麥馴化軌跡與產(chǎn)量性狀形成的遺傳奧秘

同時(shí)，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過(guò)解析不實(shí)野燕麥近乎完整的參考基因組，系統(tǒng)地揭示了野生和栽培燕麥的著絲粒序列結(jié)構(gòu)全貌及動(dòng)態(tài)演化歷程，并鑒定到了燕麥早期馴化過(guò)程影響產(chǎn)量的關(guān)鍵基因組進(jìn)化事件：栽培燕麥染色體4A和4D之間發(fā)現(xiàn)了一個(gè)約28 Mb的大片段復(fù)制，該片段攜帶多個(gè)與重要農(nóng)藝性狀相關(guān)的基因，并通過(guò)對(duì)全球117份野生和栽培燕麥材料的研究驗(yàn)證了這些基因在燕麥早期馴化中的重要作用（圖4）（何強(qiáng)等, Nature Plants, 2024, IF=15.8）。該研究為揭示早期馴化對(duì)燕麥產(chǎn)量性狀形成的遺傳學(xué)基礎(chǔ)研究和進(jìn)一步改良栽培燕麥的產(chǎn)量性狀提供了重要參考。

圖4 燕麥早期馴化過(guò)程中影響產(chǎn)量的關(guān)鍵基因組進(jìn)化事件

5）野燕麥超強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性之謎被破譯，為培育廣譜適應(yīng)性燕麥新品種提供重要指導(dǎo)
   野燕麥 (Avena fatua L., 2n=6x=42, AACCDD) 因具有極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和入侵破壞性而被列為全球最具危害且分布范圍最廣的農(nóng)田惡性雜草之一 , 對(duì)全球糧食生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重危害。同時(shí)野燕麥含有豐富的種質(zhì)資源，高度的表型可塑性，并能夠在鹽堿、干旱、除草劑、貧瘠等各類(lèi)脅迫環(huán)境下仍然保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是栽培燕麥抗性能力提升和重要農(nóng)藝性狀遺傳改良的天然寶貴資源 。團(tuán)隊(duì)結(jié)合野燕麥基因組學(xué)、群體遺傳學(xué)和多組學(xué)等聯(lián)合分析，系統(tǒng)地解析了野燕麥與栽培燕麥的遺傳關(guān)系與演化歷史；鑒定了野燕麥與栽培燕麥高度分化的基因組區(qū)域，證明了這些區(qū)域涵蓋了大量與重金屬、鹽堿、干旱、高溫、病蟲(chóng)害及除草劑等環(huán)境適應(yīng)性和脅迫抗性相關(guān)的基因；挖掘到了參與野燕麥除草劑抗性的重要候選locus，并通過(guò)轉(zhuǎn)基因等實(shí)驗(yàn)證明了4Dg0135144基因在燕麥除草劑抗性方面的重要作用（圖5）（劉佳楠等, Nature Communications, 2025, IF=15.7）。該研究不僅為解析野燕麥環(huán)境適應(yīng)性演化的遺傳學(xué)基礎(chǔ)提供了關(guān)鍵基因資源，同時(shí)也為培育高產(chǎn)、耐逆且具有廣譜適應(yīng)性的栽培燕麥新品種提供了重要指導(dǎo)。

圖5 多組學(xué)解析除草劑耐受性關(guān)鍵基因及功能驗(yàn)證

6）燕麥重要性狀相關(guān)基因挖掘與機(jī)制解析，填補(bǔ)燕麥功能基因組學(xué)研究空白

栽培燕麥根據(jù)成熟后的穎殼（外殼）是否緊密包裹籽粒，分為皮燕麥與裸燕麥。皮燕麥與裸燕麥在用途（食用&飼用）、形態(tài)、營(yíng)養(yǎng)、適應(yīng)性等性狀上存在顯著差異。團(tuán)隊(duì)結(jié)合431份全球燕麥種質(zhì)資源的基因型圖譜，解析了皮、裸燕麥的演化歷史，揭示了結(jié)構(gòu)變異在皮、裸燕麥種群分化、環(huán)境適應(yīng)性演化和農(nóng)藝性狀形成中的關(guān)鍵作用，并鑒定了調(diào)控穎殼中木質(zhì)素積累的重要候選基因（圖6）（李偉等, Cell Reports, 2025, IF=6.9），該研究對(duì)于皮裸燕麥種質(zhì)資源的高效利用以及燕麥品種的精準(zhǔn)改良與分子設(shè)計(jì)育種具有重要意義。

此外，相比于主要作物如小麥、水稻等，燕麥具有較強(qiáng)的耐干旱特性，是挖掘新的抗旱優(yōu)異基因的重要遺傳資源。然而燕麥在干旱脅迫下平衡其生長(zhǎng)發(fā)育的分子調(diào)控機(jī)制仍不清楚。團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了燕麥干旱脅迫和生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)圖譜，挖掘到了多個(gè)參與調(diào)控燕麥抗旱性與生長(zhǎng)發(fā)育的候選基因，并揭示了AsDOF25-AsHSFA2c-AsAGO1分子模塊在調(diào)控燕麥生長(zhǎng)發(fā)育與干旱脅迫響應(yīng)平衡中的重要作用（圖7）（劉寧坤等, Communications Biology, 2025, IF=5.1）。該研究為解析燕麥抗旱性的遺傳學(xué)基礎(chǔ)提供了理論依據(jù)，而且為抗旱高產(chǎn)燕麥新品種的分子育種提供了重要的基因資源。

圖6 燕麥有殼與裸殼分化的遺傳密碼 圖7 AsDOF25-AsHSFA2c-AsAGO1分子模塊調(diào)控

燕麥抗旱性與生長(zhǎng)發(fā)育的模式圖

7）積極拓展合作網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)科研成果轉(zhuǎn)化，構(gòu)建“產(chǎn)學(xué)研”一體化的協(xié)作體系

緊扣國(guó)家基礎(chǔ)研究與應(yīng)用協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略導(dǎo)向，團(tuán)隊(duì)積極構(gòu)建“產(chǎn)學(xué)研”一體化合作體系，推動(dòng)燕麥研究成果從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)一線(xiàn)。目前團(tuán)隊(duì)已與多家中科院研究所、農(nóng)科院研究所、高校、企業(yè)等建立了長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作關(guān)系。如團(tuán)隊(duì)與張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院等單位簽署正式戰(zhàn)略合作協(xié)議（圖8），聚焦品種選育、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)等核心領(lǐng)域開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān)，助力區(qū)域燕麥產(chǎn)業(yè)提質(zhì)升級(jí)；同時(shí)與國(guó)營(yíng)企業(yè)-沽源牧場(chǎng)集團(tuán)建立長(zhǎng)期穩(wěn)定合作關(guān)系，重點(diǎn)推進(jìn)燕麥新品種示范推廣、飼草高效利用技術(shù)集成等應(yīng)用研究，將前沿科研成果深度融入生產(chǎn)實(shí)踐。

圖8 種質(zhì)資源合作協(xié)議簽署現(xiàn)場(chǎng)

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（生命科學(xué)學(xué)院、科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院 供稿）