作物野生近緣種（CWRs）對於作物改良具有重要價值。在這些物種中，大麥I基因組物種對鹼性和鹽脅迫表現出卓越的耐受性。然而，關於I基因組的基因組信息和適應性進化機制仍然知之甚少。
北京市農林科學院/北京農業基因組研究中心Ruifen Li、Xingtan Zhang，澳大利亞默多克大學Chengdao Li和華中農業大學Jianhua Wei團隊在Nature Plants雜誌發表題為「Hordeum I genome unlocks adaptive evolution and genetic potential for crop improvement」的論文，揭示了短舌大麥（Hordeum brevisubulatum）的染色體級別基因組組裝，並通過對7個I基因組物種的38個二倍體種質進行基因組重測序，揭示了結構變異塑造了短舌大麥基因組的適應性進化，其中一些結構變異可能有助於其適應高鹼和高鹽環境。研究團隊還通過新合成的六倍體Tritordeum（AABBII）證明了I基因組在作物育種中的潛力，該六倍體具有增強的鹼-鹽耐受性。
主要研究結果介紹：
短舌大麥基因組組裝和組成:研究團隊使用PacBio HiFi長讀長測序和高通量染色質構象捕獲（Hi-C）技術，對耐鹼-鹽的短舌大麥品系（PI 531775）進行了染色體級別的基因組組裝。組裝產生了3.47 Gb的基因組序列，contig N50大小為82.35 Mb，scaffold N50大小為476.19 Mb（圖1a）。
基因組進化和特徵:基於268個單拷貝基因構建的最大似然系統發育樹，解析了I基因組與其他小麥族基因組的進化關係。結果表明，短舌大麥（I基因組）與海大麥（H. marinum，Xa基因組）的關係比與普通大麥（H基因組）更密切（圖1b）。基因組比較分析顯示，短舌大麥基因組中的轉座子含量低于海大麥和普通大麥。
種群結構和基因組多樣性:研究團隊對來自7個I基因組物種的38個二倍體種質進行了全基因組重測序，並結合已發表的22個H基因組種質和一個I基因組種質的數據，進行了種群結構和基因組多樣性分析。結果表明，I基因組物種主要分為三個類群，反映了物種水平的分化和進化關係（圖1g, h）。
重複和HGT促進鹽鹼適應:研究團隊發現，短舌大麥基因組中參與應激感應-反應模塊CaBP-NRT2和水平轉移真菌基因Fhb7發生了進化複製，這可能是其適應高鹼和高鹽環境的新機制。過表達HbreCaBP.0710和HbreNRT2.6420基因的轉基因大麥植株表現出增強的耐鹼性（圖2）。
I基因組在小麥改良中的潛力:研究團隊通過新合成的六倍體Tritordeum（AABBII）證明了I基因組在作物育種中的潛力。與六倍體普通小麥「中國春」（AABBDD）相比，Tritordeum HT621表現出顯著提高的耐鹼-鹽性（圖4）。
全文總結與展望：這項研究為短舌大麥組裝了一個高質量的染色體級別基因組，為I基因組物種的研究奠定了基礎。通過全面的基因組、進化和遺傳分析，揭示了I基因組物種的進化關係和適應性特徵。這些發現為利用I基因組資源改良作物提供了新的見解，並為開發適應鹽鹼土壤的作物品種提供了新的策略。
研究團隊與資助：該研究由北京市農林科學院/北京農業基因組研究中心Ruifen Li、Xingtan Zhang，澳大利亞默多克大學Chengdao Li和華中農業大學Jianhua Wei團隊合作完成。Hao Feng、Qingwei Du、Ying Jiang和Yong Jia為共同第一作者。該研究得到了北京市自然科學基金（5222006）、北京傑出科學家發展計劃（JKZX202203）、國家自然科學基金（32101710、31771769）等項目的資助。
DOI鏈接：https://doi.org/10.1038/s41477-025-01942-w
小麥族多組學網站：http://wheatomics.sdau.edu.cn
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