小麥是最主要的全球性糧食作物之一，是人類獲取能量和營養的重要來源。面對當前全球人口不斷增長和環境氣候覆雜多變、小麥新品種培育的遺傳增益效應逐漸減緩等一系列挑戰，科學家亟需找到一條高效、精準的小麥育種之路，以培育高產優質的小麥新品種，保障糧食安全和發展可持續農業。追溯作物進化和馴化過程中已形成的遺傳和表型多樣性，解碼和發現小麥優異性狀和變異，連接目標遺傳位點和育種田間真實表現，構建小麥全基因組設計育種所必需的源頭數據資源和平台技術工具，是突破小麥育種障礙，培育新一代高產優質小麥品種的必然之路。
基因組所程時鋒團隊先後從英國約翰·英納斯中心引進了上千份優異的小麥核心種質資源，其中包含百年前收集於歐洲、亞洲和非洲32個國家的827份地方品種。研究團隊綜合利用基因組學、遺傳學、生物信息學和分子生物學等前沿技術手段，找回了現代小麥品種丟失的遺傳多樣性寶庫，並驗證其功能和育種價值。研究發現，現代小麥品種經過長期的人工定向選擇，僅來自於7個祖先群中的2個，67%以上的遺傳多樣性丟失。這一驚訝的發現表明，現代核心小麥資源遺傳背景狹窄，品種單一，選育品種同質化嚴重，現代小麥育種的遺傳增益的潛能極其有限，難以應對未來人口持續增長和極端氣候不斷變化的複雜形勢。程時鋒團隊的研究系統驗證了大量未被利用的優異變異的功能和育種價值，並挖掘到調控小麥高產、氮高效利用、適應性和營養品質的新基因和關鍵的有利變異位點，開發了大數據資源和技術工具，並提出了小麥全基因組設計育種的4D策略（Decode解碼，Discover發現，Design設計， Deliver實現），為真正實現小麥從基因組到育種（G2B，Genomics to Breeding）的全鏈條貫通提供了系統解決方案。
據介紹，該研究發現了小麥氮高效利用新基因、高產抗倒伏新基因、籽粒鈣含量高優質基因、抗稻瘟病和葉斑病的新基因等，這些新的基因和變異位點為培育小麥優良新品種打下了堅實的基礎。該研究打通了小麥從基因組解碼到育種設計的全鏈條貫穿體系，為全球小麥基礎科研和育種產業應用奠定了重要的里程碑，將大大促進小麥甚至整個作物科學領域的基因組設計育種的步伐，為現代小麥育種貢獻了中國智慧和中國力量。（記者 羅國淮）