近日，中国农业大学于菲菲教授团队与中国科学院遗传与发育生物学研究所/先正达集团中国谢旗研究员联合国内外科研团队，在Molecular Plant上在线发表了题为 Sorghum2035: A decadal vision for sorghum functional genomics and molecular breeding 的前瞻性综述文章。该文章系统梳理了全球高粱功能基因组学研究成果，明确了未来十年的发展方向，为培育适应气候变化、兼顾产量与品质的高粱新品种提供理论指导，对保障全球粮食安全和推动可持续农业发展具有深远意义。Sorghum2035是Molecular Plant针对不同作物和不同领域邀请专家撰写的前瞻性评论文章之一。以前瞻性的眼光，在广阔的背景下，就作物学领域重要课题探讨未来的挑战和研究方向。

高粱作为世界第五大主粮作物，距今已有4000-6000年的驯化历史，目前主要分布于干旱、半干旱地区，为世界5亿人口提供主要粮食来源。高粱起源于非洲萨赫勒地区，其不仅可在边际土地上生长，耐受干旱、盐碱、高温等多种极端环境，而且广泛应用于饲料、生物能源、酿造等领域（图1）。在全球气候变化加剧、耕地资源日益紧张的背景下，高粱凭借其独特的抗逆优势和经济价值，成为保障粮食安全的“硬核作物”，同时也是研究作物逆境适应机制的理想作物。

图1 高粱的种植面积、产量及用途

近年来，高粱研究取得了一系列突破性进展。在基因组学领域，完成了高粱无缺口参考基因组的组装，通过泛基因组分析揭示了丰富的遗传变异，为解析关键性状的遗传基础提供了重要支撑。全球范围内已建立多个大型种质资源库，收录了来自百余个国家的数万份材料，涵盖野生种、地方品种和改良品种，为遗传改良提供了丰富的基因资源。分子育种技术的革新为高粱改良注入了新动力。通过技术创新，高粱的遗传转化效率显著提升，基因编辑技术实现精准应用，让定向改良性状成为可能。高粱产量、品质、抗逆等关键性状调控机制的解析（图2），为提升培育新一代的高粱品种提供了重要的基因资源和理论基础。尤其是在抗逆研究方面，高粱展现出了复杂而高效的适应性机制，耐盐碱等耐非生物逆境胁迫相关基因的解析不仅有助于高粱抗逆性的进一步提高，而且也为其他耐盐碱作物的培育提供了理论指导。

图2 高粱产量性状相关的优异等位基因

文章指出，未来十年高粱领域的研究将聚焦五大核心方向：深度挖掘野生和栽培等种质资源的遗传潜力，结合泛基因组研究发掘抗逆、优质及产量相关优异等位基因；加强多组学数据的整合分析，解析产量、品质、抗逆等复杂性状的遗传调控网络；探索植物与微生物互作及抗逆调控网络机制，开辟高粱增产抗逆新途径；利用多组学与人工智能融合技术构建智能育种平台，加速食用、饲用及酿用高粱等专用品种改良进程；突破技术瓶颈，完善高效遗传转化和基因编辑体系，实现优异等位基因精准聚合。这些策略将推动高粱向 “气候智慧型作物” 转型，更好地适配干旱半干旱地区种植及多产业应用需求，契合未来农业发展方向。

因此，该综述文章不仅系统总结了高粱研究的现有成果，而且描绘了未来十年的发展蓝图，将推动全球高粱研究进入新阶段。随着分子育种技术的不断突破和多学科的深度融合，高粱有望从“小众作物”转变为保障粮食安全和农业可持续发展的“主力作物”，为应对全球气候变化和粮食安全挑战提供新方案。

中国农业大学于菲菲教授和中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员为本文的通讯作者，于菲菲教授、中国农业科学院深圳农业基因组研究所陶永富研究员、山东大学刘利静教授及中山大学谢鹏副教授为共同第一作者，昆士兰大学的David Jordan和Emma Mace教授参与了此工作。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。

于菲菲

中国农业大学，教授、博士生导师，国家自然基金委青A（原杰青）、优秀青年基金获得者，国家“十四五”重点研发计划项目首席科学家，北京市科技新星计划创新新星，中国草学会草业生物技术委员会常务副理事长。主要从事高粱等粮饲作物耐盐碱、抗寄生等逆境胁迫应答及品质调控机理研究。合作研究成果入选2023年度“中国科学十大进展”、2023年“央视国内/国际十大科技新闻进展”和2024年“中关村论坛发布会重大科技成果”等。

谢旗

中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员，先正达集团玉米等作物种质创新及分子育种全国重点实验室主任、国创中心首席科学家。国家杰出青年基金获得者、长江学者特聘教授。主要研究植物抗逆分子机制与高粱分子设计育种研究。2016至2021年多年被国际学术权威汤姆森路透社（现为科睿唯安）评为相关研究领域全球最高被引科学家。现致力于高效可持续利用草畜繁育一体化农牧业研究和推广，主要从事高粱育种和高效利用，育有多个国家审定和国家登记品种。