作为全球最主要产糖作物，甘蔗贡献了全球约 80% 的食糖。它为什么这么甜？近日，中国农业科学院农业基因组研究所（大鹏湾实验室）张兴坦团队联合10余家单位从基因组层面回答了这个问题，揭示了它的“甜蜜进化史”，相关论文在线发表在27日的国际学术期刊《自然》上。

记者了解到，解析甘蔗基因组是植物界最复杂的研究难题之一，长期以来，被视为作物基因组的“珠穆朗玛峰”。以栽培甘蔗为例，其是由野生品种割手密和早期驯化的热带种经过多轮杂交、回交后形成的高度复杂多倍体，基因组含有10~12套染色体、超过100亿个碱基对，不同来源的染色体之间高度相似，犹如一本“天书”中混入了大量“孪生页面”，如何区分、归纳这些“孪生页面”，成了破题的关键所在。

张兴坦团队长期从事植物复杂基因组的组装算法开发，为破解栽培甘蔗基因组，团队开发了一系列专用算法，如同给甘蔗基因组拍了一张“高清全身照”——每条染色体的来源、结构和重组历史都清晰可见，又相当于为其多倍体基因组安装了一台“显微镜”，能看到传统方法看不到的遗传细节，最终，首次成功构建了栽培甘蔗“蔗王”的全染色体完整基因组。

由此，团队开展了迄今规模最大的甘蔗群体遗传学研究，对来自全球19个主要甘蔗产区的981份甘蔗种质进行重测序，系统还原了甘蔗从野生植物到“甜蜜之王”的进化历程。

研究发现，在野生甘蔗的演化中，自然选择留下了大批与抗逆、适应相关的基因，让甘蔗获得更强的抗逆能力，得以从起源地逐步扩展到更广泛的区域。在热带种驯化过程中，甘蔗的遗传轨迹发生转变，一大批与糖分合成、转运、代谢相关的基因被强烈选择，与此同时，开花相关基因受到抑制，让甘蔗“不开花、只长糖”，把更多能量集中用于糖分积累。在后续的长期人工改良中，更多控制糖分合成、蔗糖运输、细胞大小与生物量的关键基因被不断富集，这些基因协同作用，让现代甘蔗的产糖能力达到前所未有的水平，成就“甜蜜之王”的美誉。

本项研究不仅提出了新的多倍体基因组学分析框架，还首次从细胞与基因的层面完整揭示了甘蔗高糖的细胞学和分子基础，为加快培育更高含糖量的甘蔗新品种提供了新靶点。（全媒体记者）