劉新宇，蔡興勇，王安虎，蔡光澤

（1.四川大學(xué)生物治療國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610041；2.西昌市農(nóng)牧局，四川 西昌 615000；3.西昌學(xué)院，四川 西昌 615013）

苦蕎麥（Fagopyrum tataricum(L.)Gaertn.），屬于蓼目（Polygonales），蓼科(Polygonaceae)，蕎麥屬(Fagopyrum)，別名菠麥、烏麥、花蕎等，一年生假谷物禾谷類作物?？嗍w與何首烏、大黃等同屬蓼科，是我國(guó)藥食同源文化的典型體現(xiàn)[1-3]。

苦蕎廣泛分布于世界各地，主要集中于北半球包括中國(guó)、俄羅斯、韓國(guó)、尼泊爾、不丹、印度北部和歐洲西北等國(guó)家和地區(qū)[2]。從垂直分布看，其主要分布在400～4 400 m海拔高度的多山地區(qū)。特別是我國(guó)西南地區(qū)(四川、云南、貴州和西藏)的一些高寒、邊遠(yuǎn)、干旱的山區(qū)和少數(shù)民族聚居地，苦蕎是當(dāng)?shù)氐闹饕Z食作物和經(jīng)濟(jì)作物。目前認(rèn)為，其種植起源于亞洲東北部，是我國(guó)最古老的栽培作物之一?？嗍w營(yíng)養(yǎng)豐富，含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、礦物質(zhì)元素，尤其富含生物活性物質(zhì)——黃酮類化合物?？嗍w蛋白質(zhì)含量豐富，含有20種氨基酸，包括人體所必需的8種氨基酸，其中絕大多數(shù)必需氨基酸含量都高于一般糧食作物（如大米、小麥和玉米），尤其以一般植物缺乏的賴氨酸和精氨酸最為豐富；苦蕎富含黃酮類物質(zhì)，如蘆丁、槲皮素、異槲皮素和花青素等。苦蕎中含有的黃酮種類較多，但占總黃酮含量的70%～85%的是蘆丁，且主要分布在葉（3%）和籽粒（0.8%～1.7%）中[3]。蘆丁能夠有效抑制葡萄糖苷酶和淀粉酶活性，具有預(yù)防糖尿病發(fā)生，降低血糖，調(diào)節(jié)血脂、血壓的作用[3]?？嗍w品種不同，其黃酮組成和含量不同。黃酮類化合物的生物合成是通過(guò)苯丙烷代謝途徑，這是目前了解的最為清楚的植物次生代謝產(chǎn)物合成途徑，其中許多關(guān)鍵酶已經(jīng)克隆[4]。苯丙烷類代謝途徑在植物界普遍存在，負(fù)責(zé)合成包括黃酮在內(nèi)的木質(zhì)素、香豆素、植物抗毒素和苗類等多種次生代謝產(chǎn)物，在植物的生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成、機(jī)械支持和抵抗逆境中起著重要作用。在營(yíng)養(yǎng)素的組成和含量上，苦蕎與禾谷類糧食作物（如水稻和小麥）有很好的互補(bǔ)作用，尤其是在蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、維生素上的互補(bǔ)作用；另一方面，苦蕎富含具有預(yù)防心血管疾病功能的黃酮物質(zhì)尤其是蘆丁，這在禾谷類作物中幾乎不存在或極少存在?？嗍w因耐寒耐瘠等生產(chǎn)性能優(yōu)勢(shì)和富含黃酮的經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)勢(shì)受到了人們的廣泛關(guān)注。當(dāng)前，苦蕎作為一種富含黃酮（蘆丁）功能性保健食品而受到廣泛青睞，特別是國(guó)際素食主義者對(duì)苦蕎芽菜則是更加追捧，使得提高蘆丁等黃酮的含量成為苦蕎育種的重要目標(biāo)。盡管苦蕎和其它植物黃酮生物合成途徑基本一致，但合成途徑中所涉及酶的種類、酶學(xué)特征及其表達(dá)調(diào)控機(jī)制有所不同，從而引起黃酮種類、含量和分布不同。因此，揭示苦蕎黃酮代謝調(diào)控分子機(jī)制成為各國(guó)苦蕎研究競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)[4]。

動(dòng)物、植物與微生物，伴隨著人類共同組成這個(gè)地球上的生態(tài)環(huán)境，解碼它們的基因組/基因是研究它們的性狀和進(jìn)化過(guò)程的起點(diǎn)。利用基因組學(xué)研究不同種群的遺傳多樣性及其分布，必將有助于發(fā)現(xiàn)新的特有基因和起源、演化、分類方面的新規(guī)律。構(gòu)建苦蕎麥基因組序列精細(xì)圖譜，對(duì)苦蕎麥新品種的開(kāi)發(fā)及研究具有重要意義：基于全基因組數(shù)據(jù)構(gòu)建分子系統(tǒng)樹，利用苦蕎麥作為蓼目的代表種，并結(jié)合已有的甜蕎數(shù)據(jù)，確定蓼目的進(jìn)化地位；探明蕎麥屬基因組中全基因組重復(fù)進(jìn)化歷史，并探討基因組重復(fù)與物種分化的關(guān)系；結(jié)合甜蕎數(shù)據(jù)，分析這些物種中的重要基因、基因家族在苦蕎麥基因組中的進(jìn)化，相關(guān)進(jìn)化對(duì)各種蕎麥特殊生物學(xué)性狀的起源起到的作用；結(jié)合具體的品種特性，從比較基因組學(xué)手段研究其特殊性狀或適應(yīng)性產(chǎn)生的原因；不同含有黃酮類物質(zhì)的植物，例如甜蕎、金蕎、甜橙、葡萄等植物黃酮合成過(guò)程中重要基因的比較研究；苦蕎淀粉合成與儲(chǔ)藏關(guān)鍵基因和機(jī)制，結(jié)合甜蕎數(shù)據(jù)，和小麥、水稻等糧食作物相比是否有趨同進(jìn)化；抗病、抗逆基因挖掘，為后續(xù)品種改良打下基礎(chǔ)；苦蕎的重要農(nóng)藝學(xué)性狀研究；苦蕎的人工馴化歷史及群體分化研究。

1 苦蕎麥基因組進(jìn)化分析

比較基因組分析是進(jìn)行基因組數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)。從已完成全基因組測(cè)序的植物基因組中選取10～20個(gè)物種，與苦蕎麥基因組進(jìn)行比較分析，不僅可以判定苦蕎的進(jìn)化地位，還可以探究重要基因/基因家族的演化歷史、大片段復(fù)制等過(guò)程，從而對(duì)蕎麥特殊生物學(xué)性狀的起源和演化提供啟示。

1.1 基因家族分析

將苦蕎麥注釋出來(lái)的基因集序列和已經(jīng)發(fā)表的基因集序列進(jìn)行比對(duì)和聚類，通過(guò)同源基因家族聚類分析，構(gòu)建基因家族?；诨蚣易寰垲惖慕Y(jié)果，可以鑒定出苦蕎麥特有的基因/基因家族以及在苦蕎麥基因組中發(fā)生顯著擴(kuò)增/收縮的基因家族，這通常會(huì)與物種特異性狀相關(guān)；對(duì)基因家族進(jìn)行GO/KEGG/InterPro domain功能富集分析，并對(duì)一些重要基因家族進(jìn)行相關(guān)深入的分析，圍繞感興趣的重要基因家族進(jìn)行深入分析，以此來(lái)解析苦蕎麥?zhǔn)承孕纬?、環(huán)境適應(yīng)性等重要生物學(xué)問(wèn)題。

1.2 系統(tǒng)進(jìn)化分析

傳統(tǒng)的依據(jù)形態(tài)特征推論系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系具有一定的局限性，其中一個(gè)明顯的弊端就是很難排除趨同進(jìn)化的干擾。而此前的分子系統(tǒng)學(xué)研究往往只使用若干個(gè)核基因，若干線粒體基因進(jìn)行進(jìn)化樹的構(gòu)建，在數(shù)據(jù)取樣上存在很強(qiáng)的偏倚性，并不能很好的反映物種之間進(jìn)化關(guān)系。通過(guò)全基因組測(cè)序的手段，可以得到該物種完整的DNA信息，通過(guò)基因組層面的分子系統(tǒng)樹構(gòu)建，可以較好的解決數(shù)據(jù)偏倚性的問(wèn)題。完成苦蕎麥的全基因組測(cè)序工作后，我們可獲得苦蕎麥所有的基因序列。使用苦蕎麥的基因集合與其它已發(fā)表近緣物種的基因組進(jìn)行比較，構(gòu)建直系同源基因家族，可獲得大量保守的單拷貝基因或低拷貝基因。利用這些基因作為分子系統(tǒng)學(xué)標(biāo)記進(jìn)行聯(lián)合分析，可以從基因組層面回答蕎麥進(jìn)化地位問(wèn)題。

1.3 正選擇分析

正選擇是指將發(fā)生了有利突變，并因此提高了個(gè)體適合度的等位基因固定下來(lái)的選擇作用?；虻倪M(jìn)化過(guò)程受到了正向選擇，往往反映了該物種對(duì)環(huán)境的極大適應(yīng)性。基于基因家族聚類的結(jié)果，對(duì)其編碼蛋白的基因計(jì)算Ka/Ks值（非同義替換率/同義替換率；用于檢測(cè)基因是否受到選擇作用），鑒定苦蕎麥基因組中受到正選擇的基因/基因家族，并對(duì)獲得的正選擇基因進(jìn)行Gene Ontology等功能富集分析，用以解析重要成分、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和抗病等重要科學(xué)問(wèn)題。

1.4 全基因組復(fù)制歷史分析

基因組重復(fù)是植物基因組進(jìn)化的重要推動(dòng)力量，因此對(duì)基因組重復(fù)歷史的研究是植物基因組研究工作中的重頭戲之一，幾乎所有的植物基因組文章都會(huì)對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行大篇幅的分析和討論?；蚪M重復(fù)后，重復(fù)基因在不同群體中的分化可以驅(qū)動(dòng)個(gè)體表型的分化，最終導(dǎo)致了物種的分化。因此，一些學(xué)者認(rèn)為基因組重復(fù)可能與某些生物類群中物種多樣性的產(chǎn)生密切相關(guān)。蕎麥屬植物中是否存在一次或多次類群特異性的基因組重復(fù)事件，這些事件是否與苦蕎麥的物種形成及特殊性狀產(chǎn)生是否有關(guān)聯(lián)，有待進(jìn)一步研究。

我們可通過(guò)鑒定苦蕎麥基因組中的重復(fù)基因?qū)Γ?jì)算所有重復(fù)基因?qū)Φ耐x替換率(ds)或四重簡(jiǎn)并位點(diǎn)的顛換率(4dtv)，繪制所有重復(fù)基因?qū)s值的分布圖，根據(jù)ds或4dtv的分布圖，即可推斷該基因組是否在進(jìn)化歷史上發(fā)生過(guò)基因組重復(fù)。同時(shí)計(jì)算禾本科等植物的重復(fù)基因?qū)s值分布，及禾本科植物與苦蕎麥之間直系同源基因（共線性區(qū)段內(nèi)）的ds值分布，可進(jìn)一步判斷重復(fù)事件發(fā)生的時(shí)間是在禾本科物種分化之后還是與分化之前。

1.5 共線性分析

通過(guò)對(duì)苦蕎麥和其近緣物種的基因組進(jìn)行共線性比較，針對(duì)不同的性狀也可以選擇其它的基因組數(shù)據(jù)，以研究它們基因結(jié)構(gòu)的差異以及基因組信息（GC，基因個(gè)數(shù)，repeat結(jié)構(gòu)等）的差異。

1.6 轉(zhuǎn)座子與基因組大小進(jìn)化

轉(zhuǎn)座子是一類可以在基因組上移動(dòng)和增殖的一段不連續(xù)DNA序列，它們的長(zhǎng)度從幾百堿基對(duì)（base pair，bp）到上萬(wàn)bp不等。轉(zhuǎn)座子與宿主基因組的關(guān)系類似于寄生蟲與宿主的關(guān)系，在宿主的進(jìn)化中起到了重要的作用，它的移動(dòng)性和較高的突變特性為基因組提供了產(chǎn)生變化的巨大動(dòng)力，如增加基因組的可變性，引起基因組大部分的調(diào)整和重排，是驅(qū)動(dòng)基因組進(jìn)化的重要推動(dòng)力。此外，轉(zhuǎn)座子的復(fù)制和插入基因組當(dāng)中，可能會(huì)產(chǎn)生某些不利影響，例如影響某些功能基因表達(dá)，破壞基因讀碼框等，因此轉(zhuǎn)座子活動(dòng)在基因組中會(huì)受到嚴(yán)格的調(diào)控，以抑制其活性；但是，越來(lái)越多的證據(jù)表明轉(zhuǎn)座子在基因組中具備一些重要的生物學(xué)作用，如部分轉(zhuǎn)座子可結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子從而改變基因的表達(dá)調(diào)控模式，此外大量的lncRNA（長(zhǎng)非編碼RNA）被認(rèn)為是轉(zhuǎn)座子來(lái)源的或受到轉(zhuǎn)座子的調(diào)控等；同時(shí)，轉(zhuǎn)座子的大量復(fù)制和插入，會(huì)造成基因組的顯著擴(kuò)張。比如水稻基因組大小約為373 Mb，短化藥野生稻的基因組大小約為261 Mb,對(duì)二者基因組的比較表明，LTR轉(zhuǎn)座子的差異對(duì)基因組大小的差異起到了50%以上的貢獻(xiàn)。因而，我們依據(jù)苦蕎麥基因組重復(fù)序列注釋信息，鑒定不同類型轉(zhuǎn)座子在基因組中所占比例，并進(jìn)一步分析轉(zhuǎn)座子活動(dòng)歷史，能夠解析苦蕎麥基因組擴(kuò)增的機(jī)制。

2 基因組學(xué)在研究苦蕎生物學(xué)問(wèn)題中的應(yīng)用

2.1 苦蕎麥泛基因組（pan-genome）的構(gòu)建

目前為止，僅有一個(gè)苦蕎麥物種基因組數(shù)據(jù)發(fā)表[4-6]，同時(shí)不同苦蕎麥品系由于同屬不同種，因而基因組差異較大，如果僅進(jìn)行單一苦蕎麥種基因組測(cè)序，無(wú)法滿足苦蕎麥基因組學(xué)研究和育種需求。近年來(lái)，越來(lái)越多的工作表明，僅依賴一個(gè)參考基因組開(kāi)展相關(guān)的研究工作有很大的缺陷性。大豆的泛基因組研究工作表明，僅依賴已有的栽培大豆基因組，通過(guò)重測(cè)序手段進(jìn)行變異檢測(cè)，至少漏掉了基因組中1/3的變異位點(diǎn)，原因是重測(cè)序無(wú)法檢測(cè)基因組中高變區(qū)中的SNP信息，這些高變區(qū)往往是基因組中快速進(jìn)化的區(qū)域，往往受到強(qiáng)烈的自然選擇或人工選擇作用，與性狀的演化關(guān)系更為密切。從種質(zhì)資源的角度，不同苦蕎麥品系具備許多優(yōu)良性狀，對(duì)苦蕎麥的育種是重要的補(bǔ)充。通過(guò)對(duì)苦蕎麥不同種的全基因組測(cè)序，能夠獲得苦蕎麥至今為止最完整的基因集合，包括那些只在個(gè)別物種中存在的基因，這些基因與各苦蕎麥種的特異性生物學(xué)性狀往往密切相關(guān)，由此，能夠?yàn)橄嚓P(guān)的育種研究工作提供更完善的目標(biāo)基因集合。此外，獲得苦蕎麥各物種的全基因組序列后，通過(guò)全基因組比對(duì)的方式，可以獲得最全面的變異位點(diǎn)信息，更完整的變異位點(diǎn)信息，也能夠?yàn)楹罄m(xù)的育種研究工作提供更全面的認(rèn)識(shí)。

2.2 基因組結(jié)構(gòu)變異檢測(cè)、注釋及進(jìn)化差異研究

基于基因組的深層數(shù)據(jù)以及構(gòu)建的pan-genome，基于組裝后基因組的全基因組比對(duì)，并結(jié)合斷點(diǎn)的測(cè)序深度分析，鑒定各樣品之間存在的大尺度結(jié)構(gòu)變異(SV、CNV等)，結(jié)合功能注釋信息分析各類結(jié)構(gòu)變異對(duì)表型變異的潛在影響；結(jié)合具體性狀和環(huán)境差異及全基因組范圍內(nèi)的變異情況，從基因家族，序列差異等全方位解析差異發(fā)生的原因及機(jī)制，如耐寒、抗病、高產(chǎn)、高海拔適應(yīng)等。

2.3 自交不親和機(jī)制研究

甜蕎和苦蕎在授粉上有著本質(zhì)的區(qū)別，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，苦蕎自花授粉，而甜蕎具有自交不親及其異花授粉特性，因此導(dǎo)致其結(jié)實(shí)率低下。研究發(fā)現(xiàn)甜蕎有同型花和異型花,同型花常見(jiàn)于野生種中。栽培甜蕎均為異型花,包括兩個(gè)類型,即長(zhǎng)花柱和短花柱,研究也已表明自花授粉和同類型花間授粉不結(jié)實(shí),即自交或同類型花雜交不親和,只有異類型間授粉才能結(jié)實(shí)。植物學(xué)研究表明，在顯花植物中，約有一半以上的植物涉及了自交不親和性。目前該機(jī)制在水稻，白菜，甘藍(lán)，油菜等作物中已有許多研究，但是苦蕎麥屬的研究尚未出現(xiàn)?？嗍w和甜蕎是否屬于同一物種的討論說(shuō)明其分類尚不明確，其親緣關(guān)系較近。在研究中，我們可以選取多個(gè)授粉方式不同苦蕎麥屬植物，探討究竟是哪些基因的快速分化導(dǎo)致了兩個(gè)物種的生殖分化，及何時(shí)發(fā)生了分化；我們可以通過(guò)結(jié)合之前已有的自交不親和研究結(jié)果，在苦蕎麥中進(jìn)行同源搜索和比對(duì)，結(jié)合基因家族和正選擇分析等，通過(guò)比較基因組學(xué)手段對(duì)其進(jìn)行探討，并結(jié)合其系統(tǒng)發(fā)育分析，討論其發(fā)生時(shí)間，這有望為植物自交不親和提供新的研究模型。

2.4 苦蕎麥藥用成分分析

1）同源搜索：苦蕎作為一種食藥兩用植物,最重要的生物活性成分為黃酮，苦蕎中含有的黃酮種類較多,但占總黃酮含量的70%～85%的是蘆丁,且主要分布在葉(3%)和籽粒(0.8%～1.7%)中。黃酮類化合物的生物合成是通過(guò)苯丙烷代謝途徑,這是目前了解的最為清楚的植物次生代謝產(chǎn)物合成途徑,其中許多關(guān)鍵酶已經(jīng)克隆。通過(guò)同源搜索，鑒定這些基因在苦蕎麥中的同源基因。同時(shí)，從文獻(xiàn)中搜集與黃酮類物質(zhì)有關(guān)的基因，例如花青素苷合成通路相關(guān)基因，通過(guò)同源搜索鑒定這些基因在苦蕎麥中的同源基因。通過(guò)比較基因組學(xué)分析，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組/HPLC分析，了解這些基因在不同蕎麥中（包括甜蕎）的變異信息及組分變異情況，解析并深度挖掘其代謝與調(diào)控過(guò)程。

2）通過(guò)與各個(gè)蕎麥物種（甜蕎、苦蕎、金蕎等）的比較基因組學(xué)分析結(jié)果，如基因家族擴(kuò)張收縮，特有序列分析等檢測(cè)其存在差異的序列/基因/基因家族，結(jié)合相應(yīng)的功能注釋結(jié)果，初步解釋其主要活性成分產(chǎn)生差異的問(wèn)題。

3）對(duì)重要基因/調(diào)控通路的深入分析：（1）通過(guò)檢索主要活性成分合成以及調(diào)控相關(guān)的基因在苦蕎麥中的結(jié)構(gòu)、拷貝數(shù)以及上下游調(diào)控區(qū)域的組成情況，了解成分差異的分子基礎(chǔ)；（2）同時(shí)鑒定這些基因在其他近緣物種（甜蕎、苦蕎、金蕎等）的分布，通過(guò)序列比對(duì)，討論這些基因序列及上下游區(qū)域在近緣物種中是否存在顯著差異，結(jié)合具體的HPLC結(jié)果或性狀，從序列結(jié)構(gòu)變異層面進(jìn)一步探討其活性成分合成控制機(jī)制：是否發(fā)生重復(fù)及重復(fù)后的假基因化，插入缺失等等。（3）結(jié)合這些基因的系統(tǒng)發(fā)育分析，了解這些基因在其他物種中的進(jìn)化模式，解析重要成分調(diào)控相關(guān)基因的起源演化歷程。

4）通過(guò)與其他已發(fā)表物種的全基因組多序列比對(duì)，檢測(cè)SNP、INDEL、SV等全基因組變異信息，進(jìn)而通過(guò)Relative SNV density分析，這里把在單一物種中發(fā)生突變而其他物種保守的區(qū)域稱為SNV，SNV區(qū)域更容易發(fā)生正選擇，因而這些區(qū)域富含選擇性消除區(qū)域。從全基因組范圍內(nèi)尋找與目標(biāo)性狀差異相關(guān)的基因或者調(diào)控元件。

5）對(duì)蕎麥屬物種的全基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行深入提取和挖掘，進(jìn)一步分析與重要目標(biāo)性狀、調(diào)控相關(guān)基因在兩者之間的差異，并從全基因組序列層面（基因及結(jié)構(gòu)變異）篩選與成分及含量變異有關(guān)的基因及調(diào)控元件，解釋其差異的原因。

6）結(jié)合轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)[7-8]，進(jìn)一步從調(diào)控層面討論這些變異是否導(dǎo)致了其基因表達(dá)活性的差別。

2.5 淀粉合成機(jī)制的趨同進(jìn)化

苦蕎麥不僅含有豐富的黃酮類化合物，還是一種重要的谷物型糧食作物。而目前最主要的谷物基本上為禾本科植物(小麥、玉米、水稻等)?？嗍w麥和水稻等谷物在種子的淀粉積累機(jī)制上是否存在相似性，即存在趨同進(jìn)化，有待進(jìn)一步研究。趨同進(jìn)化是指處于不同進(jìn)化分支的物種，獨(dú)立獲得了相似的性狀。趨同進(jìn)化是近年來(lái)基因組學(xué)領(lǐng)域的高關(guān)注度問(wèn)題。比如咖啡、茶樹、可可三個(gè)物種在進(jìn)化上關(guān)系非常遠(yuǎn)，但是都能夠合成咖啡因，基因組數(shù)據(jù)分析表明咖啡因合成的一些關(guān)鍵基因如NMT基因在三個(gè)基因組中發(fā)生類似的序列變異，從而獲得了咖啡因合成能力。

通過(guò)比較苦蕎、小麥、水稻等植物中與淀粉積累有關(guān)的基因，并與其它被子植物的對(duì)應(yīng)基因進(jìn)行比較，可以鑒定出一些在淀粉積累中發(fā)生共有性突變的基因，這些基因有很大的可能性是在進(jìn)化歷史中發(fā)生了趨同進(jìn)化。分析苦蕎淀粉積累相關(guān)基因可以為趨同進(jìn)化提供新的范例。

2.6 苦蕎的馴化歷史及群體分化研究

苦蕎分布廣泛，在中國(guó)有長(zhǎng)期的馴化歷史。苦蕎是在什么區(qū)域被馴化的，只有一個(gè)馴化中心還是有多個(gè)獨(dú)立的馴化中心？馴化過(guò)程中，苦蕎哪些基因受到了人工選擇的作用？在最近幾十年的品種選育過(guò)程中，又有哪些基因進(jìn)一步受到了人工選擇的作用？苦蕎的性狀變異大，品種很多，不同地理區(qū)域的苦蕎品種均具有自身的特殊性，決定相關(guān)性狀的基因是什么？通過(guò)不同地區(qū)、不同品種的苦蕎進(jìn)行全基因組重測(cè)序，能夠?qū)σ陨弦幌盗袉?wèn)題提供啟示，為苦蕎的馴化起源、地方環(huán)境適應(yīng)性及生物學(xué)特征研究奠定理論基礎(chǔ)。

2.6.1 馴化中心研究

作物的馴化歷程研究是作物基礎(chǔ)研究領(lǐng)域最受關(guān)注的問(wèn)題之一，例如菜豆、非洲栽培稻的馴化中心研究均在2014年發(fā)表在Nature Genetics上，而水稻的馴化中心研究在近年多次登上頂級(jí)雜志。利用苦蕎的重測(cè)序數(shù)據(jù)，通過(guò)聚類分析，并結(jié)合其地理分布情況，我們能夠初步判定苦蕎的起源中心在哪個(gè)地理區(qū)域，為作物的馴化研究提供新的范例。在2014年非洲栽培稻基因組工作中，利用大量的重測(cè)序數(shù)據(jù)，研究人員首先通過(guò)聚類分析確定非洲栽培稻來(lái)自于OB-V這個(gè)分支的野生稻，之后通過(guò)野生群體的地理分布研究，確定了非洲栽培稻的馴化中心在非洲西部。

2.6.2 人工選擇基因鑒定

作物的人工選擇一般包括兩個(gè)階段，第一階段是漫長(zhǎng)的無(wú)明顯目的性的人工選擇，第二階段是高效的商業(yè)品種選育階段，兩個(gè)階段中人工選擇作用的基因類型是否一致，目前爭(zhēng)議較大，不同作物中的研究有不同的結(jié)論，在苦蕎中對(duì)該問(wèn)題展開(kāi)研究，具有重要的科學(xué)意義，對(duì)苦蕎乃至所有作物的馴化歷史研究都具有重要幫助。在取樣時(shí)涵蓋野生種、地方品種、新育成品種，之后進(jìn)行全面的分組重測(cè)序分析，我們可以對(duì)相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)深入分析。

2.6.3 功能基因挖掘揭示性狀遺傳基礎(chǔ)及環(huán)境適應(yīng)性

通過(guò)群體選擇分析，找出不同群體中受選擇的區(qū)段，判斷出到底是那些區(qū)域在馴化或育種過(guò)程受到了選擇，結(jié)合不同地域群體的表型數(shù)據(jù)信息，挖掘與表型相關(guān)的重要性狀基因。結(jié)合苦蕎生物特征，研究其表型相適宜的分子機(jī)制。以苦蕎耐寒為例，將苦蕎耐寒的樣本分為一類，以不耐寒的樣本分為另一類，對(duì)這兩類進(jìn)行選擇性清除分析，找出其中具有顯著差異的位點(diǎn)。后續(xù)將對(duì)這些位點(diǎn)進(jìn)行功能注釋，找出與耐寒有關(guān)的候選基因。在取樣齊全，且性狀數(shù)據(jù)完備的條件下，其它各類性狀包括黃酮含量、產(chǎn)量等均可采取類似方式進(jìn)行研究。

2.7 抗病/抗逆基因挖掘

作物的產(chǎn)量經(jīng)常會(huì)因受到各種各樣的生物和非生物脅迫而造成減產(chǎn)。為了適應(yīng)不同的生存環(huán)境，植物在進(jìn)化過(guò)程中產(chǎn)生了一系列的應(yīng)答機(jī)制，包括分子信號(hào)、轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)及抗性基因家族擴(kuò)張等。而苦蕎麥作為一種重要的藥食同源作物，其生長(zhǎng)也受到了各種外部條件因素的影響。因此對(duì)于苦蕎麥的抗病/抗逆基因的挖掘十分必要。通過(guò)基因組測(cè)序鑒定重要的抗病基因，可為未來(lái)的育種工作提供基礎(chǔ)。在完成苦蕎麥的全基因組測(cè)序之后，可以結(jié)合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源和苦蕎麥基因組數(shù)據(jù)，建立苦蕎麥抗性基因資源數(shù)據(jù)庫(kù)，為后續(xù)的抗病/抗逆育種等提供基礎(chǔ)。

3 展望

苦蕎具有“降血糖、降血壓、降血脂”等功能[3]。因不含谷蛋白，是西方高發(fā)病乳糜瀉病人群主食很好的替代品[9-10]，具有較高的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)價(jià)值。以往苦蕎的研究主要集中在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)、生理特性研究、藥用保健功能[2,11]分析和產(chǎn)品加工等方面，近年來(lái)不斷發(fā)展和完善的諸如基因組測(cè)序等生物技術(shù)為苦蕎的遺傳學(xué)和生物學(xué)活性分子生物學(xué)基礎(chǔ)研究開(kāi)辟了新的途徑，提供了新的手段。應(yīng)用基因組學(xué)研究方法不僅可以解析苦蕎麥物種的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，還可以為選育高品質(zhì)的苦蕎新品種提供理論基礎(chǔ)，解決諸如苦蕎因“苦味”導(dǎo)致的口感差、無(wú)谷蛋白導(dǎo)致的加工性能不好、提高苦蕎有效活性成份等諸多與苦蕎基礎(chǔ)生物學(xué)相關(guān)的問(wèn)題。