小麦是全球最重要的粮食作物之一，为世界约三分之一的人口提供主食。小麦锈病作为一种常见且高发的小麦病害，严重威胁着全球小麦的安全生产。栽培一粒小麦(Triticum monococcum, 2n = 2x = 14)，基因组为A^mA^m，是人类最早驯化的谷类作物之一，本种性耐寒、耐旱，适宜在山区栽培，对土壤要求不高，是多倍体小麦的重要基础物种。如今，栽培一粒小麦被认为是现代小麦遗传改良的重要基因宝库，特别是含有大量优异的病虫害抗性基因，包括秆锈病抗性基因Sr21、Sr22a/Sr22b、Sr35、SrTm4和Sr60；条锈病抗性位点QYrtm.pau-2A、QYrtb.pau-5A和Yr34/Yr48；以及叶锈病抗性基因LrTM16和Lr63等。然而，由于缺乏高质量的栽培一粒小麦基因组和注释，这导致对该物种重要基因的探索和育种利用受到极大限制。

该基因组近完成图总长度为5.11 Gb，组装连续度指标contig N50为131.20Mb，碱基质量值QV为69.08，是迄今为止所报道的小麦A基因组中最高质量的基因组组装。基于生信预测和转录组数据，该研究总共注释到37,310个高置信基因和15,858个低置信基因。基于高置信度基因的共线性分析证实了T. monococcum和T. urartu（乌拉尔图小麦，A^uA^u）以及四倍体和六倍体小麦的A亚基因组之间相似度很高（图 1C）。系统发育分析探究了多个小麦A基因组之间的进化关系，该分析证实T. monococcum与T. urartu（小麦A亚基因组的祖先）亲缘关系密切，基于化石证据预测到T. monococcum与T. urartu的分化发生在六百万年前左右；另外，T. monococcum和T. urartu与四倍体小麦（T. dicoccoides和T. durum）和普通小麦（T. aestivum）的A亚基因组分化时间在四百四十万年前左右（图 1D）。

图1. 栽培一粒小麦的基因组近完成图谱分析揭示小麦A亚基因组的进化历史。

此外，利用本研究所获得的基因组序列，证实了一粒小麦材料PI 306540中存在已克隆的抗秆锈病基因Sr21、Sr22b、Sr60。前人研究报道推测抗条锈病基因Yr34来源于栽培一粒小麦，易位进入普通小麦5AL染色体末端。为了进一步探究Yr34来源，本研究利用T. monococcum基因组，结合乌拉尔图以及已发表的小麦基因组对5AL染色体末端~9.5Mb片段进行了平均核苷酸一致性（ANI）分析，确认了Yr34的来源并发现已测序小麦品种Attraktion、Kenong9204、ArinaLrFor、SY Mattis携带该一粒小麦渗入片段（图1F）。此外，利用获得的T. monococcum参考基因组，结合BSR-seq、标记开发和群体连锁遗传分析，本研究在栽培一粒小麦材料PI 119435中快速定位了一个新的抗叶锈病基因LrPI119435，该基因对我国叶锈菌小种PHQS具有很好的抗性（图1G），并借助参考基因组对LrPI119435潜在候选基因进行了分析和预测（图1H）。

北京大学现代农业研究院王祥锋和李洪娜为论文共同第一作者，郭立研究员和陈时盛研究员为共同通讯作者。该研究得到了山东省重点研发计划、山东省自然科学基金、国家自然科学基金以及山东省泰山学者等项目的资助。

原文链接：https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(23)00326-7