5月7日，山东省农业科学院作物所小麦遗传育种团队联合中国科学院遗传与发育生物学研究所鲁非团队，在国际学术期刊《Nature Plants》发表了题为“A high-quality bread wheat genome unravels the adaptive evolution of wheat end-use quality”的研究论文。研究以山东省农业科学院作物所育成的我国代表性优质高产小麦品种“济麦44”为核心材料，成功组装了参考级高精度基因组，完整解析了小麦面筋蛋白基因区域的复杂结构，并系统揭示了关键基因选择和基因间协同互作在塑造小麦加工品质中的重要作用。从“基因组蓝图”的视角展示出一个生产上大面积推广的优良小麦品种品质形成机制。研究不仅回答了“济麦44为什么能够兼具高产与优质”的关键科学问题，也为未来优质专用小麦的精准设计育种提供了新的靶点、新的思路和新的技术依据。
解析“济麦44”优质高产的遗传基础
小麦是我国主要口粮作物。随着生活水平的提高，市场对满足不同烘焙和面食加工需求的优质小麦需求持续增加。但在传统育种中，小麦的“高产”与“优质”往往难以兼顾。“济麦44”由山东省农业科学院作物研究所曹新有为首席的小麦遗传育种团队培育，是近年来黄淮麦区表现优异的优质强筋品种之一。累计推广面积达4251万亩，曾连续三年为我国年推广面积第一大强筋小麦品种。连续多年为国家、山东省和山西省小麦的主导品种，是我国首批鉴评的“超强筋小麦品种”之一，亩产三次创全国超强筋小麦单产纪录，最高达808.6公斤/亩，较好地实现了高产与优质的协同。为探明其优良性状背后的遗传基础，研究团队利用前沿测序技术，成功构建了“济麦44”高达14.90 Gb的染色体级别参考基因组。该基因组的质量值达到66.74，单碱基错误率极低，完整解析了小麦基因组中结构极为复杂的面筋基因区域。通过比对分析，研究人员在“济麦44”的一个关键高分子量谷蛋白基因（TaGlu-hmw-1Dx）中精准定位到了一个增加额外半胱氨酸的核苷酸突变。这一突变促进了面筋蛋白网络中二硫键的形成，是赋予面团超强弹性的关键因素之一。
追踪上万年选择足迹，发现育种“协同网络”
除了解析单一品种的基因组，该研究还整合了涵盖野生近缘种、传统地方品种及现代栽培种等485份小麦材料的基因组数据，追溯了小麦在上万年演化过程中的品质变化轨迹。研究发现，在漫长的驯化、多倍化及农业传播过程中，结构高度可变的低分子量谷蛋白和醇溶蛋白基因一直是人类持续选择的主要靶点。更重要的是，研究揭示了现代育种过程中的一项潜在规律：现代小麦品种品质的提升，并非仅靠单个优质基因的积累，更依赖于基因间的“上位性互作”（即基因间的协同作战能力）。统计显示，在中国现代栽培小麦品种中，建立了多达79对紧密互作的面筋基因对，而这一数据在传统地方品种中仅为15对。这表明，现代育种在提升小麦加工品质的过程中，显著强化了面筋基因间的互作网络。
为未来基因组设计育种提供新策略
济麦44的推广应用说明，高产和优质并非不可兼得。该研究进一步从基因组层面解析了这种协同优势背后的遗传基础，为把优良品种的育种经验转化为可重复、可设计的分子育种策略提供了重要依据。
该研究以生产上大面积应用的优良品种为切入点，把品种选育、基因组解析、演化规律和育种策略有机结合起来，为我国优质小麦自主培育提供了重要科学支撑。未来，基于“济麦44”高质量基因组和面筋基因互作网络，研究团队将进一步开展关键品质基因功能验证、优异单倍型挖掘和分子标记开发，推动小麦品质育种从经验选择向精准设计转变。
作物所为论文第一完成单位和通讯单位，作物所曹新有研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所博士生张吉瑾为论文共同第一作者；中国科学院遗传与发育生物学研究所鲁非研究员、博士生张吉瑾与我院赵振东院士为共同通讯作者。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省泰山学者计划等项目资助，是我国科研院所协同创新、攻克农业核心技术的生动实践，也标志着山东省农业科学院在小麦基础研究与应用研究领域实现双突破。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-026-02288-7。
济麦44基因组的高质量组装与注释
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