披堿草屬（Elymus L.）牧草是我國青藏高原草地生態(tài)修復(fù)和草地畜牧業(yè)發(fā)展中的利用最廣泛的多年生鄉(xiāng)土草類群。但這類植物如何在強(qiáng)紫外線輻射、干旱低溫等嚴(yán)酷生境下存活，其復(fù)雜的異源基因組合與進(jìn)化過程有何奧秘？四川農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科技學(xué)院馬嘯教授團(tuán)隊(duì)歷時(shí)多年研究，在N1級國際自然指數(shù)期刊《自然·通訊》（Nature Communications）發(fā)表重要成果，首次繪制了異源六倍體垂穗披堿草（Elymus nutans，具StStYYHH基因組）的完整基因組圖譜，并解釋了其適應(yīng)高原嚴(yán)酷生境的生存智慧。該研究具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，將為小麥族（Triticeae）多年生牧草的起源演化和抗逆分子育種研究提供重要參考。

高原生態(tài)牧草的基因身份證。研究團(tuán)隊(duì)成功組裝出垂穗披堿草的染色體級別基因組圖譜——這是禾本科小麥族中繼面包小麥之后第2個(gè)異源六倍體高質(zhì)量基因組。研究發(fā)現(xiàn)披堿草屬的核心亞基因組之一即Y亞基因組來源于簇毛麥屬(Dasypyrum)的V基因組，且垂穗披堿草極可能是由紫大麥草(Hordeum roshevitzii，HH基因組)和垂穗鵝觀草（Roegneria nutans，StStYY基因組）分別作為父母本祖先種雜交進(jìn)化而來，并這一發(fā)現(xiàn)如同找到了此類牧草的"族譜"，為解析其適應(yīng)高原極端環(huán)境的能力奠定了基礎(chǔ)。

破解高寒牧草對強(qiáng)紫外線防御新機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，垂穗披堿草進(jìn)化出了一套適應(yīng)青藏高原強(qiáng)紫外輻射的獨(dú)特生存策略。該物種通過名為MAPKKK18的蛋白激酶基因開關(guān)，形成反向調(diào)控機(jī)制——當(dāng)紫外線（UV-B）增強(qiáng)時(shí)，該基因會(huì)抑制過度應(yīng)激反應(yīng)，避免細(xì)胞損傷。這種不依賴傳統(tǒng)UVR8蛋白的紫外線新防御途徑的發(fā)現(xiàn)，為理解高寒植物抗紫外線機(jī)制打開了新窗口。

從實(shí)驗(yàn)室到高原草地的應(yīng)用藍(lán)圖。研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合群體基因組大數(shù)據(jù)分析、野外抗逆試驗(yàn)及基因功能驗(yàn)證，鑒定出與高寒環(huán)境適應(yīng)性形成相關(guān)的關(guān)鍵基因群，這為培育抗紫外、抗寒、耐旱的新型牧草提供了基因靶點(diǎn)。未來，團(tuán)隊(duì)將以此研究為契機(jī)助力青藏高原生態(tài)修復(fù)和草牧業(yè)發(fā)展，并為麥類作物的抗逆育種提供新思路。

圖：基因組組裝（左上）、基因組系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系（右上）、網(wǎng)狀多倍化模式（左下）及MAPKKK18基因的鑒定和功能分析（右下）

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科技學(xué)院馬嘯教授、蘭州大學(xué)楊勇志和劉建全教授、西南科技大學(xué)白史且教授為聯(lián)合通訊作者，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)和蘭州大學(xué)在讀博士生熊毅、袁帥、熊艷麗和在讀碩士生李醉樂、彭靖涵為論文的共同第一作者。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所凡星教授（小麥族植物系統(tǒng)演化課題組）作為共同作者參與本研究，并提供了大量經(jīng)青藏科考采集的泛青藏高原野生披堿草種質(zhì)資源。四川省草原科學(xué)研究院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、西南林業(yè)大學(xué)等單位也對本研究提供了支持。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、四川省"十四五"飼草育種攻關(guān)等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-58341-0

來源：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)