小麦是全球数十亿人口赖以生存的重要口粮作物，也是我国最主要的粮食作物之一。决定小麦面团弹性、延展性等加工特性的核心，是籽粒中的面筋蛋白。近日，凯发k8遗传与发育生物学研究所等以中国推广面积最大的强筋小麦品种“济麦44”为对象，构建了高质量参考基因组，完整呈现了面筋蛋白基因座的精细结构。

研究发现，长期以来备受关注的高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GSs）基因在演化过程中高度保守；相比之下，低分子量麦谷蛋白亚基（LMW-GSs）和α-/β-醇溶蛋白基因具有更丰富的拷贝数变化和结构变异。这提示，决定品质适应性演化的关键，并不总是最保守、最“经典”的基因，而往往来自更具可塑性的基因家族。

研究构建了包含485份代表性材料的高分辨率基因组变异图谱，揭示了面筋基因的演化轨迹。研究发现，结构高度可变的LMW-GSs和α-/β-醇溶蛋白基因一直是人类持续选择的主要靶点。二者对强筋单倍型频率变化的贡献合计超过四分之三，是调控小麦加工品质的重要“旋钮”。从亚基因组层面看，D亚基因组贡献了超过一半的强筋单倍型频率变化，在品质形成过程中发挥关键作用。

研究发现小麦品质性状并非只由单个基因独立决定。面筋蛋白基因之间存在上位性互作，即一个基因的效应会受到其他基因背景的影响。进一步分析显示，人类选择对上位性互作的影响并非简单线性关系。适度选择可以增强面筋基因之间的有利组合，使品质获得快速遗传增益。但过强选择可能削弱互作网络，并降低长期适应潜力。

基于上述发现，研究团队提出基因的结构保守性并不必然等同于育种重要性。HMW-GSs作为面筋网络的关键结构组分仍然重要，但高变异的LMW-GSs和醇溶蛋白基因在长期演化中更频繁地响应人类选择，值得在基因组设计育种中被重新评估和系统利用。

该研究不仅为理解小麦品质形成机制提供了理论框架，也为推动小麦加工产业升级提供了重要凯发k8支撑。

相关研究成果发表在Nature Plants上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然凯发k8基金和凯发k8战略性先导科技专项等的支持。

面筋蛋白基因间的上位性互作