2024年12月03日，国际顶尖学术期刊Nature Plants在线发表了河北大学杜会龙教授团队的重要研究成果——“The near-complete genome assembly of hexaploid wild oat reveals its genome evolution and divergence with cultivated oats”。生命科学学院青年教师何强、李伟、硕士研究生苗雨青和科研助理王渝为该论文共同第一作者，生命科学学院杜会龙教授为论文的通讯作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所韩方普研究员、刘阳副研究员和刘倩博士对本研究中着丝粒的鉴定提供了重要帮助。河北大学巩志忠教授和中国农业科学院深圳基因组研究所汪鸿儒研究员对本研究给予了指导。该研究得到国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程和河北省自然科学基金等项目的资助。

燕麦作为全球重要的粮饲兼用型作物，在保障食品安全和缓解畜牧业饲料短缺等问题方面扮演着至关重要的角色。然而，燕麦的基因组极为复杂，导致对其基因组的解析极具挑战性。同时，在长期的人工驯化和遗传改良过程中，栽培作物丢失了大量遗传信息，尤其是抗性相关的优异等位基因。而野生种质往往蕴含着大量宝贵的遗传资源，被认为是现代栽培品种遗传改良与种质创新的关键源泉。不实野生燕麦（Avena sterilisL.），被认为是栽培燕麦的直接祖先种，具有强大的环境适应能力。然而，由于缺乏基因组信息，严重阻碍了对栽培燕麦进化历程、驯化历史的深入研究以及优异等位基因资源的挖掘和利用等工作。

河北大学杜会龙教授/巩志忠教授领衔的燕麦基因组学与精准设计育种研究团队，通过多年的种质资源收集并结合搭建的燕麦大数据分析平台和体系，攻克了基因组组装和多倍体物种研究过程中的诸多难题，成功解析了国际动植物领域首个超过10 Gb的近乎完整基因组——栽培和野生燕麦参考基因组。通过对野生及栽培燕麦基因组的全面深入分析，该研究不仅阐明了燕麦从野生到驯化的遗传变异规律，而且鉴定到了大量对于提高燕麦品质和产量具有潜在应用价值的重要基因组进化事件和关键基因。尤为关键的是，该研究发现了一个在染色体4A至4D间发生的约28 Mb的大片段复制事件，该片段带有多个与重要农艺性状尤其是与产量相关的候选基因，并利用全球117份野生和栽培燕麦材料证明了其在燕麦早期驯化过程中的重要作用（图1）。

图1. 不实野燕麦基因组组装及序列特征

图2.燕麦基因组着丝粒区域特征

图3.栽培和野生燕麦结构变异分析

图4.染色体4A到染色体4D之间的大片段重复

图5.染色体4A和4D起始区域基因表达、甲基化和功能分析

本研究全面解析野生和栽培燕麦基因组，揭示了燕麦驯化中的遗传变化规律，鉴定出许多与燕麦品质和产量具有潜在应用价值的重要基因组进化事件和关键基因。这些发现为燕麦的进化生物学、功能基因组学和遗传育种研究提供了重要的理论基础和数据支持。