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2月6日，廣西大學(xué)召開(kāi)發(fā)布會(huì)，介紹該校在甘蔗基礎(chǔ)研究領(lǐng)域、新品種選育及甘蔗生物育種AI大模型等方面取得的重大進(jìn)展。該成果的重要部分《多尺度泛基因組圖譜賦能混合倍性甘蔗物種的基因組解析》于當(dāng)日在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志發(fā)表。
據(jù)介紹，甘蔗作為全球重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，廣泛應(yīng)用于糖、酒精和生物能源的生產(chǎn)，具有重要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值?，F(xiàn)代栽培甘蔗源于高糖的熱帶種甘蔗與高抗逆的野生甘蔗在百余年前的雜交回交，其基因組呈現(xiàn)倍性高、染色體數(shù)量多、結(jié)構(gòu)變異頻繁和重復(fù)序列高度富集等極端復(fù)雜特征。這使得傳統(tǒng)單一線(xiàn)性參考基因組難以準(zhǔn)確解析甘蔗的遺傳結(jié)構(gòu)和等位劑量信息，測(cè)序數(shù)據(jù)在分析過(guò)程中普遍存在比對(duì)困難和信息丟失。研究表明，傳統(tǒng)“單一線(xiàn)性基因組”范式已難以滿(mǎn)足甘蔗等復(fù)雜多倍體作物的研究需求，亟需建立新的基因組參考和分析體系。
為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)在前期成功構(gòu)建現(xiàn)代栽培甘蔗超復(fù)雜基因組以及甘蔗近緣種高質(zhì)量基因組的基礎(chǔ)上，突破傳統(tǒng)單一參考基因組分析范式，創(chuàng)新建立多倍體感知的圖泛基因組分析體系，整合 4 個(gè)甘蔗種的 9 套基因組，捕獲約 82% 的遺傳多樣性，顯著高于單一參考基因組約 34% 的覆蓋水平。這一策略帶來(lái)的改變，并不限于數(shù)據(jù)覆蓋率的提升，更為跨種群、跨倍性的基因組學(xué)解析建立了統(tǒng)一而無(wú)偏的分析框架。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出 DosageGWAS 方法，作為解析多倍體中劑量效應(yīng)的新策略，與傳統(tǒng)線(xiàn)性方法相比，在遺傳力估計(jì)與性狀位點(diǎn)檢出能力等方面均表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，成功定位多個(gè)與糖分、葉夾角性狀密切相關(guān)的候選基因，系統(tǒng)解析了糖分代謝等重要農(nóng)藝性狀的遺傳基礎(chǔ)。高粱族跨物種比較揭示了甘蔗與高粱在碳水化合物代謝與激素響應(yīng)通路上的趨同選擇現(xiàn)象。通過(guò) CRISPR 功能驗(yàn)證，明確 TB1為甘蔗分蘗的關(guān)鍵功能基因，高效敲除系表現(xiàn)出顯著更多分蘗、提前分蘗啟動(dòng)并伴隨產(chǎn)量提升。清晰展示了從“圖譜發(fā)現(xiàn)”到“功能驗(yàn)證”再到“育種靶點(diǎn)明確”的完整閉環(huán)。品種培育方面，廣西大學(xué)及廣西大學(xué)柳城縣甘蔗研究中心自主選育第四代甘蔗主栽品種桂柳05136、中蔗9號(hào)、桂柳1541等，在2023/2024年榨季的種植面積占全國(guó)35%左右。中蔗9號(hào)等2個(gè)品種獲認(rèn)定為“2025年度廣西農(nóng)業(yè)主導(dǎo)甘蔗品種”。2024年，團(tuán)隊(duì)培育并登記甘蔗新品種8個(gè)，實(shí)現(xiàn)了甘蔗種源的快速迭代，形成了“推廣一代，培育一代，儲(chǔ)備一代”的良好格局。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)布了廣西大學(xué)甘蔗智能育種大模型“西智蔗”。該人工智能模型以育種決策與田間管理協(xié)同為主線(xiàn)，構(gòu)建了貫通“推薦—監(jiān)測(cè)—診斷—作業(yè)—評(píng)估”的一體化智能流程，支持智能問(wèn)答、田間管理決策和精準(zhǔn)植保等多種應(yīng)用場(chǎng)景，為甘蔗產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化升級(jí)提供了重要技術(shù)支撐。
