图/文 阳燕娟
北京时间2026年5月27日，伟德国际victor1946张木清教授（共同通讯作者）与陈保善教授（合作作者）在国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）在线发表了题为“Genetic architecture of sugarcane traits in a polyploid genomics framework”（多倍体基因组学新范式解析甘蔗高储糖的遗传结构）的突破性研究论文。该研究由中国农业科学院深圳农业基因组研究所张兴坦团队牵头，联合伟德国际victor1946、福建农林大学、中国热带农业科学院、云南省农业科学院等10余家顶尖科研团队协同攻关。研究团队以创新的多倍体基因组学为框架，系统攻克多倍体基因组学领域组装、关联分析及定量评估的三大世界级技术瓶颈，首次为现代栽培甘蔗构建了完整且高精度的全染色体遗传图谱。该研究从基因调控网络到细胞生理形态，跨尺度揭示了甘蔗作为“世界第一产糖作物”的遗传演化机制，为全球复杂多倍体作物育种提供了具有示范意义的“中国方案”。这也是伟德国际victor1946继2026年1月以来，在CNS顶级学术期刊上发表的第2篇高质量论文，充分彰显了学校在“双一流”建设和种业自立自强战略中的科研实力。
一、自主算法构建多倍体研究的“中国标准”
在植物界，甘蔗的遗传背景被公认为“最难啃的硬骨头”。现代栽培甘蔗是典型的异源多倍体，其染色体数目众多、高度重复序列极多且存在非整倍体现象，基因组解析难度远超水稻、玉米等粮食作物。面对这一世界性难题，研究团队针对多倍体遗传特征，研发了拥有完全自主知识产权的算法体系。C-Phasing算法解决了超多染色体背景下的同源染色体精准拆解问题，实现了全染色体水平的精密组装；KMERIA分析工具为多倍体复杂的基因剂量效应设计，提升了全基因组关联分析（GWAS）的精确度；Allele-Express框架能够精确定量不同亚基因组中等位基因的特异性表达。这套算法的问世，不仅为甘蔗研究提供了物理图谱，更为全球马铃薯、小麦、草莓等同类复杂多倍体作物的基因组研究确立了全新的技术范式，成为多倍体基因组学研究的“全能导航仪”。
图1. 多倍体基因组学整合分析框架
二、重绘甘蔗从野生到“甜蜜之王”的进化史
为了彻底搞清楚甘蔗是如何变甜的，团队从全球19个甘蔗主要产区搜集了981份核心种质资源，涵盖了热带种、割手密种及近代杂交种，并完成了高达125.58 Tb的超大规模重测序数据采集。通过对海量数据的深度挖掘，研究团队精准还原了甘蔗进化的三个关键阶段：自然演化、早期人工驯化以及现代育种的杂交改良。研究系统揭示了在这些历史节点上，甘蔗基因组是如何通过亚基因组间的选择性清除与有利变异的积累，一步步进化为当今生物产量最高、糖分积累能力最强的作物的。这一演化图谱的绘就，为全球甘蔗种质资源的保护与利用提供了最权威的遗传数据底层资料。
图2. 遗传多样性与群体结构分析
三、锁定SUT2基因，揭开储糖仓库的真相
传统的甘蔗研究多侧重于光合作用或酶促反应，研究团队提出了一个革命性的视角“仓库容积论”。研究发现，甘蔗之所以能存更多的糖，关键在于其茎秆中用于储糖的薄壁细胞的物理体积。利用自研的KMERIA工具，团队从数万个基因中精准定位到了核心调控基因—蔗糖转运蛋白基因SUT2。实验证实，SUT2在优异高糖品种中呈现出明显的“剂量优势”，它不仅负责将蔗糖高效转运入液泡，更像是一个“动力源”，驱动储糖细胞生理性扩张，使细胞体积变大。这一发现实现了从分子信号到细胞结构，再到最终产量表型的跨尺度逻辑闭环，深刻回答了“甘蔗为什么这么甜”这一基础科学问题。
图3. 糖度与薄壁细胞性状的相关性分析
四、从“剂量效应”出发定义未来设计育种
该研究不仅在理论上达到新高度，更直接服务于糖业生产的精准育种实践。研究揭示了多倍体作物中独有的“剂量效应”原理，即有利基因的拷贝数并非越多越好，而是存在一个维持生理平衡的“最佳剂量窗口”。基于此发现，团队鉴定出了包括SUS2（蔗糖合酶）和SUT2在内的一系列核心优异单倍型变异。这些关键基因位点可作为高效的分子标记，直接用于甘蔗新品种的辅助选择与辅助设计育种。这一成果预示着，利用基因编辑技术精准调控亚基因组的基因剂量，将能突破传统育种周期长、偶然性大的限制，大幅加速高产、高糖、抗逆性强的甘蔗新品种产出，为我国糖业种业自立自强提供“加速器”。
图4. 薄壁细胞性状的全基因组关联分析
【结语】
从实验室的算法模型到千亩蔗林的摇曳生姿，研究团队的这项成果是“科技自立自强”在农业领域的生动实践。它不仅代表了中国甘蔗科研在多倍体领域达到了国际顶峰，更展示了研究团队在国家战略产业上的深厚底蕴与历史担当。在未来的甜蜜事业中，这组“基因密码”将转化为千家万户的财富，为中国糖业的高质量发展注入不竭动力。
【张木清教授与伟德国际victor1946甘蔗育种团队：立足边疆、服务国家糖罐子】
张木清教授，伟德国际victor1946二级教授、国家糖料产业技术体系遗传改良研究室主任、抗病品种改良岗位科学家，长期致力于甘蔗遗传改良与种质创新研究。他不仅在多倍体基因组学领域展现出深厚的理论造诣，在《Science》、《Nature》、《Nature Genetics》等国际顶级期刊发表学术论文300余篇，更是一位深耕田间地头的育种家。张木清教授领衔的伟德国际victor1946甘蔗育种团队，现有专任教师9人，在校硕博研究生百余人，已形成了一支从基础研究到应用转化的全链条科研力量。
多年来，该团队始终坚持将“顶天”的科研成果转化为“立地”的生产品种。团队先后育成了具有完全自主知识产权的“中蔗”系列新品种21个，不仅在广西等主产区大面积推广，更在产量、抗旱性及宿根性上实现了跨越式提升。其中，明星品种“中蔗9号”凭借卓越的高糖与强宿根性能，被农业农村部列入2025年国家农作物优良品种推广目录。团队的系列科研成果累计创造了巨大的社会经济效益，为提升我国糖料蔗核心种源自给率、维护国家糖业安全及助力乡村振兴贡献了坚实的“西大智慧”。
共同通讯作者伟德国际victor1946张木清教授
一审一校：何丽珊
二审二校：杨艳琼
三审三校：姚 伟
