这是茅台首张酒用红缨子高粱“基因地图导航”，为逐步实现高粱育种技术从传统育种向分子育种、精准育种转变指明方向。

文 | 今时品牌实验室

思橙

今年，茅台集团发布2024年度十大科技成果，其中第一个成果便是构建首张酒用高粱基因组遗传图谱，即首次成功绘制酒用高粱端粒到端粒（T2T）全基因组物理图谱，这项突破性研究实现了高粱基因组从头到尾的“高清解码”。

酒用高粱全基因组基因物理图谱的出现，也意味着高粱基因组研究步入新阶段，为酒用高粱生物育种提供重要科技支撑。

什么是高粱基因组图谱？

什么是高粱基因组图谱？在回答这个问题前，首先我们来了解下，什么是遗传？什么是基因？

遗传学的故事要从一位名叫孟德尔的科学家和他的豌豆实验开始讲起。19世纪，奥地利修道士孟德尔通过种植并研究大约28000株豌豆植物，仔细观察、计数和分析了这些豌豆植株的不同特征，他发现了两个重要的遗传法则（分离定律和自由组合定律），揭示了生物遗传的基本规律，即父母如何将性状传递给子代。简而言之，就是每个性状由一对“遗传因子”（后来叫基因）控制，显性基因会掩盖隐性基因，基因在形成生殖细胞（精子/卵子）时会“分家”，在形成新个体时，会从父母各拿一个基因，随机组合。孟德尔定律像一本生命密码手册，告诉我们基因如何分装、组合，最终决定你是谁。

随后，在1952年，美国噬菌体小组通过一系列侵染实验，证实了DNA是生物体内的遗传物质。这一发现让DNA与基因之间的关系更加紧密。紧接着在1958年，弗朗西斯·克里克提出了著名的“中心法则”。它描述了生物体内遗传信息从DNA（脱氧核糖核酸）到RNA（核糖核酸）再到蛋白质的流动方向，就像一条单行道，信息只能按特定方向传递。

以此可以得出，DNA是生命的主要遗传物质，基因就是DNA上能够发挥遗传效应的片段。基因携带遗传密码，决定了生物的不同遗传性状，例如，人的身高、五官、血型等。

而基因组图谱是指通过分析遗传标记（如基因或DNA序列）在染色体上的相对位置和遗传距离，绘制出的基因排列示意图。就像用GPS定位基因的位置一样，它帮助科学家们定位和识别生物体基因组中数以万计的基因及其功能。

高粱，是重要的禾本科作物，这种作物的基因组就像一本精心编写的生命手册—总长约7.3亿碱基对（相当于730Mb），比水稻稍显厚重。这本“生命之书”有个显著特点——超过60%的内容由重复序列构成，就像用不同字体重复书写的关键词，这些看似冗余的段落实际上是植物适应环境的“生存秘籍”。科学家通过基因测序，将高粱的DNA序列逐一解码，并标注出每个基因的功能，例如，抗病基因，帮助高粱抵御炭疽病等病害；耐盐碱基因帮助高粱在盐碱地中存活。

基因组图谱的诞生，不仅是技术的突破，更是人类与自然对话的新语言，科学家通过精细物理图谱精准找到控制特定性状的基因，进而促进当下的育种技术培育出更高产、抗逆的新品种。

据悉，目前许多作物品种都因基因组图谱的发布迎来“升级”。例如，科学家通过绘制水稻基因组图谱，不仅揭示了水稻驯化的遗传基础，还通过定位高产基因，加速推动了“超级水稻”培育。

茅台为什么要构建酒用高粱

基因组图谱？

高粱是世界第五大粮食作物，而在中国主要用于白酒酿造。据统计，中国白酒每年消耗高粱约500万吨，占全国高粱总产量的80%以上。

红缨子高粱，是茅台酒酿造的原料之一，也是目前中国累计推广面积最大的高粱品种，其特殊性在于，它支链淀粉占比≥90%，适合茅台酒多轮次蒸煮和发酵的工艺。

然而，高粱的传统育种需5-8年才能培育一代新品种，过去选育靠眼看手摸，成功率不足5%，在气候变化与食品安全压力下，如何突破育种瓶颈，成为茅台酿造原料提质增效的战略选择。

唯有读懂高粱的生存密码，才能种出更好的高粱。此次酒用高粱基因图谱的研发就是关键一环。

据悉，在此项科技成果发布前，现有的多个高粱参考基因组均来自于饲料和能源用品种，与专门用于白酒生产的中国品种存在显著的遗传差异。而且，由于采用测序技术的固有局限性，高度重复的基因组区域（如端粒和着丝粒）难以精确组装和注释，导致现有高粱参考基因组中仍然存在大量的间隙（gap）区域，限制了酿酒高粱的品质提高与遗传改良。

茅台研发酒用高粱基因组图谱，就是要构建起酒用高粱端粒到端粒（T2T）全基因组物理图谱，据茅台时空了解，相比以往，这张红缨子高粱基因组遗传图谱在完整性、连续性和准确性上实现了显著提升。此项研究，茅台采用的“T2T全基因组测序”技术，还结合了最新的三代测序技术与多种生信分析软件，相比传统二代测序，解决了重复序列的难题，以确保基因组的连续性和完整性。

酒用高粱基因组遗传图谱

这张“基因地图”将加快优质高粱

选育进程

这张详尽的酒用高粱“基因地图”，为育种科学家们配备了一部精密的导航仪。它不仅标志着红缨子高粱基因组实现了“高清解码”，更预示着优质高粱选育进程将迎来加速。

通过这张“基因地图”，能探索到高粱基因组的每一个角落，揭示那些曾经隐匿的复杂区域。这就像是为高粱的遗传特性绘制了一张详尽的“说明书”，使得高粱育种工作能够有的放矢，更加精准地定位并改良那些影响高粱品质的关键基因。

红缨子高粱育种

借助这部“基因导航仪”，科学家们还可以更加深入地解析高粱籽粒中淀粉、单宁、蛋白质、脂肪等重要性状的代谢途径机制。这些性状，能直接关系到高粱的产量、品质和抗逆性，是优质高粱选育的关键所在。通过对这些代谢途径的深入解析，能够更准确地理解高粱遗传特性的本质，从而为育种工作提供更为科学的指导。

同时，“基因地图”还可以为高粱种质资源的遗传多样性分析、品种真实性鉴定以及分子标记辅助选择育种等提供坚实的理论依据。在传统的高粱育种中，科学家们往往依赖于表型选择和经验判断，这种方法不仅效率低下，而且难以精准地定位优良基因。而有了它，科学家们就可以利用分子标记辅助选择技术，快速而准确地筛选出具有优良性状的品种，大大提高高粱育种效率和准确性。

红缨子高粱成熟季

展望未来，“基因地图”还将在高粱育种领域发挥更加重要的作用。

随着基因编辑技术的不断发展，科学家们将能够更加精准地改良高粱的遗传特性，培育出更加优质、高产、抗逆的高粱品种。这不仅满足茅台等白酒企业对优质原料的迫切需求，更将为酒用高粱产业的发展注入新的活力。