5月28日，记者在中国热带农业科学院（以下简称中国热科院）强化热带农业基础研究座谈会暨重大科研进展研讨会上获悉，中国热科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研究领域取得重大突破。相关研究成果已在《Nature（自然）》杂志在线发表，题为《Genetic architecture of sugarcane traits in a polyploid genomics framework》。

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。针对“基因组解析难、优异基因定位难、育种靶点明确难”三大瓶颈，中国热科院甘蔗科研团队构建了面向多倍体作物的遗传基础解析框架，研究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。

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。

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。

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。

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技术支撑，推动多倍体基因组研究进入系统解析新阶段。

多倍体基因组整合分析框架

据介绍，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室创新团队项目、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、中国热科院国家热带农业科学中心科技创新团队等项目的支持。

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