中国农业科学院国家农业图书馆联合Springer Nature举办Nature成果展，旨在为科研人员展示中国农业科学院近几年发表的具代表性或新闻价值的研究成果，带领科研人员了解国际顶尖的前沿科学发展态势，启发科研思维，增加学习兴趣。
#1 Genome evolution and diversity of wild and cultivated potatoes
该研究解析了栽培和野生马铃薯的遗传多样性和复杂演化史。发现与依赖种子繁殖的近源物种相比，依赖薯块无性繁殖的马铃薯抗病基因数量显著扩张；通过多组学比较分析，发现了在调控马铃薯块茎发育过程中发挥核心功能的薯块身份基因IT1；构建了马铃薯倒位图谱，为育种过程中排除连锁累赘提供了思路。
（基因组所，唐蝶，第一作者；黄三文，通讯作者）
小麦是最主要的全球性粮食作物之一，是人类获取能量和营养的重要来源。追溯作物进化和驯化过程中已形成的遗传和表型多样性，解码和发现小麦优异性状和变异，连接目标遗传位点和育种田间表现的桥梁，构建小麦全基因组设计育种所必需的源头数据资源和平台技术工具，是突破小麦育种障碍，培育新一代高产优质小麦品种的必然之路。
科研人员引进和利用20世纪初收集的来自世界30多个国家的小麦种质资源，综合运用基因组学、遗传学、生物信息学和分子生物学，量化并验证了当前小麦育种中未被利用的大量的优异变异。该研究打通了小麦从基因组解码到育种设计的全链条贯穿体系，为全球小麦基础科研和育种产业应用奠定了重要基础。
（基因组所， 程时锋、奉聪，共同第一作者；程时锋， 通讯作者）
#3 Graph pangenome captures missing heritability and empowers tomato breeding
“遗传力丢失”是指通过遗传标记估计的遗传力以及通过全基因组关联分析发现的所有相关基因所贡献的遗传力总和低于通过家系估计的实际遗传力。
该研究利用番茄为模式生物，结合图泛基因组和新开发的基于多组学的关联分析流程，从不完全连锁、等位基因异质性和位点异质性等三个方面找回“丢失的遗传力”。研究进一步证明，找回“丢失的遗传力”，可从分子标记辅助选择和基因组选择等方面促进番茄风味育种。
（基因组所，周姚，第一作者；黄三文，通讯作者）
#4 Isolation of a methyl-reducing methanogen outside the Euryarchaeota
产甲烷古菌是地球上生命起源最早的一类原核微生物，是全球大气甲烷排放的主要贡献者，也是缺氧环境有机质降解产甲烷（俗称沼气发酵）的关键功能微生物，在全球气候变化和碳素循环中起着重要作用。在此次研究中，科研团队历时7年，利用自主研发的鸡尾酒分离法，首次分离获得佛斯特拉门古菌纯培养物。通过碳13同位素标记、模拟培养、膜脂分析等方法，证实了该古菌具有氢依赖代谢甲基类物质产甲烷的生理功能，但不具有发酵生长能力。
该研究发现的新型产甲烷古菌，将为研究全球碳循环机理和低碳技术研发提供新型生物资源基础，是我国在厌氧古菌资源领域的一个重大发现和突破。该研究得到了国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等项目支持。
（沼科所， 巫可佳、周雷，共同第一作者；承磊， 通讯作者）
#5 Leveraging a phased pangenome for haplotype design of hybrid potato
该研究构建了首个完整解析马铃薯单倍型的泛基因组，首次系统揭示了无性繁殖植物的基因组特征，并在此基础上提出了理想单倍型育种新策略，通过组合不同品系的基因组片段，可以最大限度减少自交系中的有害突变，为高效培育杂交马铃薯提供了全新思路。
该研究得到了国家自然基金委、国家重点研发计划、广东省、深圳市和农科院的资助。
中国农业科学院深圳农业基因组研究所为该论文的第一单位，中比项目博士生程林、基因组所博士后王楠、马克斯-普朗克研究所博士生鲍志贵为文章共同第一作者，基因组所黄三文研究员为该论文的通讯作者。
#6 Methanol transfer supports metabolic syntrophy between bacteria and archaea
该研究分析提出了生物甲醇生成的潜在代谢反应，并提出种间甲醇转移互营降解有机物产甲烷的模式，进而利用团队自主分离的新科细菌物种嗜甲酸赵氏杆菌（Zhaonella formicivorans）和新科古菌物种胜利甲烷嗜热微球菌（Methermicoccus shengliensis）构建了人工合成菌群，结合同位素示踪、多维组学等技术，证实了细菌和古菌通过种间甲醇转移来解除热力学限制，从而推动甲烷的持续产生。进一步研究还发现，嗜甲酸赵氏杆菌通过一种全新的甘氨酸-丝氨酸循环介导的代谢途径将甲酸转化为甲醇。这些发现阐明了厌氧微生物新资源的生理生态学功能，拓展了对全球碳素生物地球循环的认知，也为“地下沼气工程”技术开发提供了新的思路。
该研究得到国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程和四川省自然科学基金等项目支持。
（沼科所，黄艳，第一作者；承磊，通讯作者）
#7 Non-syntrophic methanogenic hydrocarbon degradation by an archaeal species
本研究从地下油藏富集培养出一种古菌‘Ca Methanoliparum’，经宏组学分析表明其具有烷基辅酶M还原酶、甲基辅酶M还原酶，并且这些编码基因都是高丰度表达的。 实验进一步证实‘Ca Methanoliparum’不仅可以降解长链烷烃，还可以降解带苯环、环己烷的长链烷基烃（n≥12）。
本研究发现了直接降解原油产甲烷的古菌，提出了第五条产甲烷途径，拓展了碳素生物地球化学循环的认知，为开发“地下沼气工程”提供了理论依据。
（沼科所，周卓，第一作者；承磊，通讯作者）
#8 Pan-genome bridges wheat structural variations with habitat and breeding
中国农业科学院作物科学研究所小麦基因挖掘与利用创新团队联合中国农业大学、澳大利亚莫道克大学等，追溯中国近70年的现代小麦育种史，从头组装我国17个代表性小麦品种的高质量基因组，发现小麦品种分化的核心区域——跨着丝粒区域。
该研究从基因组层面揭示中国小麦因气候变化、地域饮食习惯等因素导致品种演进的遗传机制，为未来小麦的基因组学辅助育种改良提供了宝贵的基因资源信息，也为全球种质资源的整合和利用、支撑未来小麦育种提供了新的视角和策略。
（作科所，焦成智、郝晨阳，共同第一作者； 张学勇， 通讯作者）
#9 Releasing a sugar brake generates sweeter tomato without yield penalty
中国农业科学院蔬菜花卉研究所、深圳农业基因组研究所及国内科研单位合作，通过全基因组关联分析鉴定到一个抑制果实糖积累的“刹车基因”CDPK27及其同源基因CDPK26，通过基因编辑两个基因，可使番茄果实糖含量增加高达30%，且不影响单果重和单株产量，该发现阐明了果实糖积累的调控机制，为解决番茄育种中兼顾品质和产量的难题提供了新思路。
中国农业科学院农业基因研究组所黄三文院士为文章的通讯作者，中国农业科学院蔬菜花卉研究所张金喆副研究员、山东省农科院蔬菜所吕宏君助理研究员、基因组所博士后陈洁为文章共同第一作者。
几丁质生物合成对农业病虫害的生存和繁殖至关重要，其关键反应由几丁质合成酶催化完成。该研究以大豆疫霉菌的几丁质合成酶PsChs1为研究对象，揭示了“门锁”控制的底物结合、几丁质链的延伸、转运和释放的定向合成过程，以及几丁质合成酶被天然产物尼克霉素抑制的机制。
本研究首次从原子尺度阐明了从寒武纪开始就已经存在的几丁质生物合成机制，为靶向几丁质合成酶的绿色农药开发提供了基础性、关键性信息，具有重要的理论和应用价值。
（植保所，陈威，第一作者；杨青，通讯作者）
该研究首次鉴定了调控豌豆果荚颜色、果荚形状和花的位置等表型变异背后的目标基因及其突变机制，全面解答了孟德尔豌豆七大性状的基因之谜。研究还构建了迄今最全面的豌豆群体高分辨率的单倍型变异图谱和表型变异图谱，解析了72个关键农艺性状的遗传基础。这些发现不仅补全了孟德尔七大经典遗传性状的最后一块“拼图”，更为应用分子标记辅助育种、基因组选择育种提供了更精准、更丰富的“遗传指南针”。
（基因组所，奉聪、陈柏志、石岩、蒋梅，共同第一作者；程时锋，通讯作者）
该研究对水稻8个器官中超过11万个细胞的RNA表达与染色质可及性状态进行了同步测序和深度分析，通过原位杂交实验验证了54种细胞类型，并构建了细胞类型特异的基因调控网络。研究首次发现花序分生组织中存在“过渡态”细胞，揭示其在细胞命运转变中的关键作用。通过共表达网络分析、motif富集预测与“虚拟敲除”模拟，科研团队识别并验证了多个关键调控基因在特定细胞类型中的功能，如RSR1调控根皮层细胞发育，F3H协调碳氮代谢，LTPL120调节分蘖与株型建成。同时，研究整合全基因组关联分析（GWAS）数据，发现农艺性状与特定细胞类型之间存在对应关系，并揭示了细胞功能在进化过程中的保守性与多样性。此外，科研团队还正式发布水稻单细胞多组学数据库Rice-SCMR，为功能基因挖掘与智能育种提供了基础平台。
该研究为水稻单细胞水平智能设计育种提供了数据、基因和技术基础，为作物改良开辟了新途径。
（生物所，王祥宇等，第一作者；谷晓峰，梁哲，共同通讯作者）
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