破译{“花中皇后”多彩||}密码
蔷薇亚属种质资源。
■本报记者 李晨
“唯有此花开不厌，一年长占四时春。”“花中皇后”月季背后是交织着东西方文明与无数育种家智慧的2000年杂交育种史。如今，科学家正试图用最前沿的基因组学技术，解读这部写进月季DNA的漫长史诗。
中国农业科学院深圳农业基因组研究所（以下简称基因组所）联合其他单位构建了全球首个单倍型解析月季泛基因组图谱，系统解析了蔷薇亚属种质资源，有望推动月季育种从传统经验模式向精准设计跨越，开启产业高质量发展的“第二次育种革命”。相关研究近日在线发表于《自然-遗传学》。
从“法兰西”传奇到育种迷宫
月季属于蔷薇科蔷薇亚属，栽培史达2000年，但现代月季的序幕直至1867年才由第一个品种“法兰西”正式拉开。
“法兰西”的意义远不止一个优秀品种。论文共同通讯作者、基因组所研究员武志强告诉《中国科学报》，它是现代月季的“奠基者”，不仅开创了东西方月季杂交的育种方向，后续多数现代月季都有其遗传痕迹，更证实了中外月季杂交的可行性。
团队从分子层面证实了这段历史。论文第一作者、青岛农业大学教授张晓妮解释道：“这项发现首先证实了‘法兰西’是异源三倍体，它的亚基因组融合了中国古老月季和欧洲古老月季的遗传物质。这与历史上‘中国古老月季与欧洲古老月季杂交’的猜想高度契合，为‘现代月季起源于东西方月季杂交’提供了最直接的分子证据。”
“然而，‘法兰西’诞生后，月季育种进入了一个相对缓慢的时期。每年产出的新品种虽然越来越多，但达到世界公认流行度的品种比较稀少。”论文共同通讯作者、华中农业大学教授傅小鹏介绍。
当前，许多作物已进入基于基因组选择的智能育种时代，而月季却滞后了。武志强分析了造成这一问题的核心遗传学障碍：月季基因组高度杂合、倍性多样且种间分化显著，难以精准定位优良性状基因；缺乏系统遗传变异图谱，育种家只能靠经验和试错法筛选，效率低下；优良性状多由多基因控制且存在基因互作，传统育种难以精准聚合优良性状。
“这三大障碍如同一个复杂的遗传迷宫，阻碍了育种家高效培育出融合多种优良性状的突破性品种。”武志强说，“我们发起这项研究的初衷就是打破月季育种‘靠经验、碰运气’的传统模式，让育种从‘经验驱动’转向‘基因驱动’。”
“跳跃的基因”让月季多姿多彩
要走出迷宫，必须先有一张精细的地图。团队的目标便是绘制一张能够涵盖蔷薇亚属核心遗传多样性的泛基因组图谱。武志强指出，最大的挑战并非技术，而是“应对月季基因组的复杂性与多样性”。
其中一个难点是“代表性问题”。“我们要筛选出26份代表性材料，覆盖蔷薇亚属9个分组及各类月季类型。”傅小鹏解释说，难点在于如何确保所选种质能全面反映蔷薇亚属的遗传变异，避免泛基因组出现偏差。
更大的挑战在于解读它们提供的海量、异构遗传信息。研究最终构建了一个包含55个高质量单倍型的泛基因组。“我们一遍遍在内部‘找茬’，摸索出了一套最适合蔷薇亚属的单倍型基因组组装方案。”张晓妮说。
构建出复杂的“图泛基因组”只是第一步，如何解读它成了新的拦路虎。张晓妮介绍：“可以说，蔷薇亚属的复杂程度是人类基因组的4倍。现有的计算资源和算法尚不能完全支持科学家直接解读人类图泛基因组，更何况蔷薇亚属。”
面对这个超级密码本，团队另辟蹊径，直接以变异作为锚点，最大限度地在不损失原有遗传多样性的基础上整合所有变异信息，以进行后续分析。
这项浩大工程带来了惊人发现。团队首次在单倍型水平构建了精细的变异图谱，发现约70%的结构变异与转座元件相关。“比例之高超出了我们的预料。”武志强说，转座元件是月季基因组结构变异的核心驱动力。
转座元件被称为“基因组中的跳跃基因”，可以在基因组中移动，从而引发基因的插入、缺失、倒位等结构变异。而这些结构变异正是形成月季遗传多样性的重要原因。这说明，转座元件在月季的进化过程中扮演了“创新者”角色，使月季如此多姿多彩。
开启“按需设计”之路
攻克如此复杂的课题，离不开跨学科、跨国界的合作。论文共同通讯作者、基因组所研究员潘玮华强调了合作的重要性：“这有利于优势互补、提高效率。比如，基因组所发挥生物信息学分析的核心优势，负责基因组测序与数据解析；华中农业大学凭借丰富的月季种质资源和成熟的实验平台，开展性状验证与育种相关实验；法国里昂高等师范学院植物生殖与发育实验室提供了‘法兰西’形成历史的建议等。”
研究成果的发表也是一次淬炼。张晓妮坦言：“投稿过程虽然很煎熬，但审稿人的意见确实帮助我们提升了文章的整体水平。”审稿人主要关注两点，即基因组组装质量、为何不直接以图泛基因组为基础进行分析。
团队在有限时间内紧急补充了新数据，进一步夯实了结论；清晰阐释了蔷薇亚属图泛基因组超高的复杂度，以及他们所采用的分析方法如何高效地捕捉核心遗传多样性。
这项基础性研究如何改变产业，开启“第二次育种革命”？武志强说：“真正开启月季‘精准育种’的核心是实现‘基因可预测、性状可设计、育种可高效’。”
他举了一个例子。假设要培育一种花期长、重瓣、花瓣变色、抗白粉病的月季，可以先选择连续开花的种质，再筛选重瓣花型的个体，然后通过调控基因表达实现花瓣从橙到红的变色，最后导入抗白粉病基因。
“通过这样的精准组合，就能培育出符合预期的月季，而这在传统育种中几乎不可能快速实现。”武志强说。
短期来看，这项研究能够缩短育种年限；长期来看，随着更多关键基因的挖掘和解析，育种家将实现按需育种，培育出更多特色化、个性化的月季品种。“对消费者来说，未来能买到的月季品种更多样，甚至可以创制一些新、奇、特的聚合性状种质。”潘玮华说。
展望未来，团队的目光已投向更广阔的野生资源。武志强表示，野生种质通常具备更优良的抗性，所以将重点推进月季野生种质的纳入工作，进一步挖掘其中的优异抗性基因，这是后续的核心研究方向。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41588-026-02569-z