摘要：烟草不仅是全球重要的经济作物，更是科学家研究植物基因组进化的“黄金模型”。近日，中国农业科学院烟草研究所联合国内外团队，在《自然·遗传学》发表重磅成果，首次完成四倍体普通烟草（Nicotiana tabacum）及其祖先物种的染色体级基因组组装，并解析了基因组

烟草不仅是全球重要的经济作物，更是科学家研究植物基因组进化的“黄金模型”。近日，中国农业科学院烟草研究所联合国内外团队，在《自然·遗传学》发表重磅成果，首次完成四倍体普通烟草（Nicotiana tabacum）及其祖先物种的染色体级基因组组装，并解析了基因组进化与复杂性状调控的奥秘！这项研究不仅为烟草育种提供“基因地图”，更对小麦、棉花等多倍体作物研究具有里程碑意义。

研究团队利用PacBio长读长测序、Hi-C等技术，成功组装了四倍体烟草（基因组大小4.38 Gb）及其两个二倍体祖先（N. sylvestris和N. tomentosiformis）的高质量基因组，精度较以往提升超2000倍。

发现四倍体形成后，基因组通过染色体重组和表观修饰（如DNA甲基化）实现稳定进化，其中来自N. tomentosiformis的T亚基因组更易丢失重复序列，揭示了多倍体物种“基因组缩水”的独特规律。

基因组组装图

研究团队对全球5196份烟草种质资源进行基因型和表型分析，涵盖烤烟、晒烟、雪茄烟等五大类型，绘制了首个烟草“基因型-表型全景图谱”。

5种代表性烟草基因图谱

通过全基因组关联分析（GWAS），锁定178个显著关联位点，解析了叶片形态、抗病性等39个性状的遗传基础。例如，发现调控烟叶宽度的关键基因Arf9，通过基因编辑验证其功能，为培育宽叶高产品种提供靶点。

基因变异分析

研究揭示现代育种过程中，糖含量、抗黑胫病等性状的基因频率持续变化，但多数位点尚未固定，表明烟草仍具巨大改良潜力。

不同烟草表型变异分析

首次提出“多基因协同进化”模型：即便单个基因效应微弱，数百个微小效应基因的叠加仍能显著提升表型（如还原糖含量提升80%），为分子设计育种指明新方向。

育种筛选标记

来源：农科最前线