黄馍馍、炸糕是我国北方一些地区的传统美食,其主要制作原料大黄米学名黍稷,又称黍子、糜子。在1万年前的河北磁山,我国的先民已经驯化并大量种植和储藏黍稷。然而,随着水稻、小麦和玉米等主粮作物的兴起,黍稷逐渐成为非主要农作物。近年来,随着气候环境变化以及人们对农业可持续发展和粮食安全的需求增加,黍稷因其生育期短、耐旱、耐瘠薄、适应盐碱胁迫环境等特点,再次受到广泛关注。
12月1日,《自然-遗传学》在线发表了中国农业科学院作物科学研究所(以下简称作科所)研究员刁现民团队构建的黍稷第一个高质量泛基因组和遗传变异图谱。该研究系统解析了黍稷品种资源的群体结构、起源演化历史与基因组驯化特征,发掘了139个与黍稷重要农艺性状相关的位点和基因。
黍稷起源于中国。“古道入秋漫黍稷,远坡乘晚下牛羊。”宋朝诗人韩琦的诗里,描写了秋天大路两旁黍稷丰收在望的景象。由此可见,黍稷在宋朝时是我国的主要粮食作物。实际上,“黍”字在甲骨文中已有记载,且出现次数最多,是我国北方先民最早栽培的禾谷类作物,为旱作农耕文明作出了突出贡献。《诗经》里也多次出现关于黍稷的描写。
黍稷属于禾本科黍属,其颗粒比小米颗粒略大,分软硬两种。
它营养丰富,适合做成多种美食,是高海拔、高寒、干旱贫瘠地区的主要作物。“黍稷是一个抗逆的先锋作物,也是稳产保收作物、灾后补救作物。黍稷只要能出苗,就能有收成。”论文共同通讯作者刁现民说,1927年,美国科学家历时7年对多种禾本科作物进行了深入比较,结果发现黍稷这种作物是最抗旱、最节水的。“目前我国的黍稷主要在西北地区种植,每年种植面积约900万亩。
”刁现民说,西北黄土高原上的老百姓每年都要种2亩至3亩黍稷,因为它能保证有收成。一般黍稷亩产可达300斤至400斤。
种质资源是育种的芯片。科学利用种质资源的前提,是对其进行深入研究。刁现民说,全世界黍稷种质资源大概有4万多份,我国有1万多份。我国是世界上黍稷种质资源种类最多、分布最广的国家。
2008年,国家谷子现代农业产业技术体系成立,作为首席科学家的刁现民开始思考谷子等小作物的资源搜集、整理和利用问题。那时,黍稷野生种、农家种和现代育成种的群体结构和演化关系历史不清,黍稷起源中心还有争论。为了调研黍稷的核心种质资源,2009年刁现民开始在我国西北和东北地区走访。“我看到老百姓的地里种的黍稷,虽说是不同品种,看起来差异却很小。他们甚至还用这些品种做杂交育种。
”在刁现民看来,这些黍稷都是农家种,人工选育的痕迹并不明显。“那时候我就察觉,黍稷的遗传多样性很低。”他说,这更加坚定了他要把黍稷研究明白的想法。他们用10年时间构建了黍稷的核心种质群体,包括63份野生种、415份农家种和38份现代育成种。研究人员对核心种质群体进行了高覆盖率的重测序,进一步成功从头组装了32个高质量基因组,并由此构建了黍稷的泛基因组。
研究结果将黍稷的野生种和栽培种清楚地分开,而栽培种又可以分为三类。