鹰嘴豆是世界第三大豆类作物，被超过50个国家种植和食用，具有重要的经济价值和营养价值；同时，鹰嘴豆的固氮能力还能改善土壤肥力，具有独特的生态价值。然而，由于历史上的进化瓶颈，导致鹰嘴豆的遗传背景相对狭窄、抵抗生物或非生物胁迫的能力不足，限制了它的育种改良。
为助力解决这一难题，近日，华大生命科学研究院联合国际半干旱热带作物研究中心、西澳大学、莫道克大学等单位，成功组装了8个一年生鹰嘴豆属野生种（以下简称“野生种”）的基因组，并结合已发表的2个鹰嘴豆基因组，构建了超级泛基因组，为鹰嘴豆育种提供了重要数据资源和方向。成果发表于《自然·遗传学》（Nature Genetics）。
研究组装的8个高质量野生种基因组，大小从435Mb到895Mb不等、基因数从23486到29642不等。通过基因组共线性和系统发育分析，发现可能存在古老的重排事件。研究还发现鹰嘴豆属具有3个重要的基因池，并推断了基因池之间的分歧时间。
研究项目负责人、澳大利亚莫道克大学国家农业生物技术中心主任拉吉夫·瓦尔什尼（Rajeev Varshney）教授表示：“在这项新研究中，鹰嘴豆现存近缘野生种的基因组和特有基因资源，将极大推动鹰嘴豆育种领域在澳大利亚乃至全球的进步。”
研究揭示，鹰嘴豆属超级泛基因组由24827个基因家族组成。其中，14748个基因家族为核心基因，它们存在于鹰嘴豆属的所有物种，主要参与生长、DNA修复、细胞通信等基本生物功能；6212个基因家族为可变基因，它们存在于鹰嘴豆属的2-8个物种中，主要参与防御响应、生长素响应、生物刺激响应等生物功能。
此外，研究团队还鉴定出鹰嘴豆属内存在的2944万个单核苷酸多态性（SNPs）、633万个小插入缺失（InDels）和491937个结构变异（SVs）。通过将鉴定出的结构变异整合到参考基因组中，进而挖掘了477个鹰嘴豆属个体中的变异多样性。
结果发现，这些变异在开花时间和抗病性等重要性状中可能扮演着重要角色，其中，678个结构变异与200个与开花相关的基因重叠、1667个结构变异与556个抗病基因（R基因）重叠。
论文第一作者、国际半干旱热带作物研究中心高级科学家阿米尔·汗（Aamir W. Khan）认为：“不仅仅局限于物种内多样性的挖掘，本研究将野生近缘种这一非常重要的资源纳入，可以在更广泛的基因多样性基础上，挖掘农艺学性状相关的重要基因，有望推动鹰嘴豆品种的进一步遗传育种改良。”
从2013年构建首个鹰嘴豆参考基因组开始，拉吉夫·瓦尔什尼（Rajeev Varshney）团队就持续与华大合作开展相关研究，并不断深入。对于此次研究，他表示：“很高兴与华大及其他合作者共同开展鹰嘴豆属超级泛基因组。我们的研究发现，近缘野生种具有更多的遗传多样性和变异，可能有助于改善鹰嘴豆的抗病性、开花时间和抗逆性等性状。”
文章通讯作者、华大生命科学研究院刘心研究员总结道：“从2013年开始，持续十多年的科学合作和科研产出，彰显了‘共有、共为、共享’的全球合作的价值和意义。一系列基因组学研究将推动鹰嘴豆的育种改良，同时为其他作物的改良、应对气候变化和粮食安全解决提供解决方案。”
