北京时间2026年5月27日，《自然（Nature）》在线发表了中国热带农业科学院热带生物技术研究所、热带作物生物育种全国重点实验室甘蔗研究中心及其合作团队在甘蔗基因组学领域取得的重大突破。

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食糖是关系国计民生的重要战略物资，甘蔗贡献了我国80%以上的食糖供给。当前我国食糖对外依存度超过30%，产业国际竞争力偏弱，核心瓶颈在于现代栽培甘蔗是典型的复杂多倍体作物，基因组庞大、倍性复杂、遗传背景混杂，长期面临“基因组解析难、优异基因定位难、育种靶点明确难”三大瓶颈，影响重大突破性新品种的培育。中国热科院甘蔗科研团队迎难而上，构建了面向多倍体作物的遗传基础解析框架，取得多项原创性突破。

技术创新破解多倍体组装难题

科研团队针对多倍体作物染色体结构复杂的特性，开发了C-Phasing算法，整合PacBio HiFi、ONT超长读长及Pore-C染色质三维构象捕获技术，并引入基于超图的聚类方法，实现复杂基因组的精准组装，成功组装出“蔗王”POJ2878高质量单倍型分型基因组，为甘蔗基因组研究提供了高质量参考。

图1 C-Phasing组装流程及“蔗王”POJ2878单倍型基因组展示

群体尺度分析揭示“蔗王”POJ2878的重要育种地位

科研团队对来自全球19个主要产区的981份甘蔗材料进行了系统重测序，构建了迄今规模最大的甘蔗群体遗传资源库。研究发现，超过95%的现代甘蔗品种与POJ2878共享大规模基因组片段，从群体尺度上量化POJ2878对现代甘蔗的遗传影响，并揭示多倍体作物的性状优化更依赖于基因剂量的精细平衡，而非简单叠加。

图2  POJ2878的遗传贡献及优异单倍型分析

系统解析甘蔗演化轨迹

科研团队将甘蔗的形成过程拆解为三个关键阶段：野生种割手密（S. spontaneum）的自然选择（Natural selection）、热带种（S. officinarum ）的早期驯化（Domestication）以及后来的栽培种高贵化育种（Nobilization）。通过对甘蔗基因组的系统分析，团队勾勒出一条清晰的甘蔗演化路径：从野生种的抗逆优势，到驯化阶段的糖分积累，再到现代育种中的结构优化与精细调控；并揭示了抗逆性、糖代谢与植物结构性状在不同阶段被分层塑造的遗传基础。

图3  甘蔗演化全景图

找到控制甘蔗高糖积累的关键基因

科研团队聚焦甘蔗茎秆的“储糖仓库”——薄壁细胞，深入解析甘蔗高糖积累的分子机制。利用KMERIA算法，定位到调控薄壁细胞发育的关键基因，为培育未来“超级高糖”甘蔗品种提供了明确的分子靶点，为全球糖料作物改良提供了新的研究线索。

图4  薄壁细胞与糖分相关性

建立多倍体作物基因组学分析新范式

在多倍体作物中，基因分型复杂、多等位变异以及基因剂量模糊，一直是遗传研究的难题。研究团队创新开发C-Phasing、Allele-Express、KMERIA三项全新算法，分别面向单倍型分型组装、等位基因表达定量和多倍体GWAS分析，提升了多倍体复杂遗传变异的解析能力，有望为小麦、棉花、马铃薯等多倍体作物基因组学研究和分子育种提供了技术支撑，推动多倍体基因组研究进入系统解析新阶段。

图5 多倍体基因组整合分析框架

相关研究成果以“Genetic architecture of sugarcane traits in a polyploid genomics framework”为题发表在《Nature》。中国热带农业科学院热带生物技术研究所为论文第一完成单位，王俊刚副研究员为论文第一作者，林继山副研究员为共同第一作者，中国农业科学院深圳农业基因组研究所博士后李晓锋、博士后陈帅、在读博士王毅斌、毕业生陈晓（现中国农业大学在读博士）、云南省农业科学院甘蔗研究所刘洪博副研究员为本文的共同第一作者。中国农科院（深圳）基因组研究所张兴坦研究员、福建农林大学明瑞光教授、广西大学张木清教授为论文的共同通讯作者。中国热带农业科学院热带生物技术研究所、南亚热带作物研究所、三亚研究院，云南省农业科学院甘蔗研究所，福建农林大学，广西大学，广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所，广东省科学院南繁种业研究所，闽江大学等单位的相关同志也参与了该研究。

该研究得到国家自然科学基金、热带作物生物育种全国重点实验创新团队项目、中国农业科学院科技创新工程、海南省重点研发项目、中央级公益性科研院所基本科研业务费、中国热带农业科学院国家热带农业科学中心科技创新团队等项目的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10576-7