稗属（Echinochloa）,隶属禾本科黍族。作为稻田中常见杂草,稗草（主要包括稗Echinochloa crus-galli、稻稗Echinochloa oryzicola和光头稗Echinochloa colona）分布范围广,对农业生产危害极大。此外,稗属包括多个稗米驯化种,具有孤儿作物强适应性特征,是气候变化挑战日益严峻背景下重要的谷物资源。本研究通过对多个稗属物种基因组从头组装和大规模基因组重测序,完成了多个复杂多倍体稗属参考基因组和全球稗草及稗米变异图谱的构建,系统研究了稗属起源与演化、全球稻田稗草遗传多态性分布格局、重要环境适应性性状形成及孤儿作物稗米驯化遗传基础等问题,为稻田杂草基础生物学、生态防控、孤儿作物驯化改良等提供了重要的理论基础。主要内容及结论如下:（1）稗属基因组多倍化及与小麦基因组的比较利用三代测序技术,对六倍体稗及其四倍体祖先稻稗和二倍体祖先近缘种Echinochloa haploclada进行基因组从头组装,从系统发育、基因家族演化等角度解析基因组多倍化对稗草环境适应性的影响。主要结果如下:（a）首次获得二倍体稗属物种E.haploclada染色体水平基因组和稻稗、稗高质量基因组。（b）稗基因组六倍化事件发生在31万年前,过程中伴随NBS等抗病基因的大量丢失,可能是“适应性代价”的结果,这与小麦的多倍化过程相反。（c）稗草和小麦在多倍化过程中,亚基因组选择压和基因表达优势特征不同,导致差异的原因可能是两者所受到的选择类型或强度的不同。（2）全球稗属基因组多态性与稗米驯化利用HiFi测序技术和新开发的挂载算法,完成六倍体光头稗染色体水平基因组组装,同时将稗和稻稗基因组组装更新至染色体水平。稗属亚基因组的系统分析明确稗属复杂的演化过程。对全球范围内738份稗属材料进行高深度重测序,研究了全球稗草遗传多态性、局部环境适应性、除草剂抗性挖掘、稗米驯化等内容。主要结果如下:（a）自主设计开发的异源多倍体基因组挂载算法Dip Hi C成功将多倍体稗、稻稗和光头稗基因组挂载至染色体水平。（b）稗属网状演化过程中伴随着不完全谱系分选的发生。（c）获得了不同稻区稻田稗草的群体遗传结构,发现了稻稗与稗之间的同域基因流。（d）稗和稻稗直系同源基因Hd1在调控开花时间上存在平行选择。（e）高质量参考基因组和群体变异图谱为除草剂抗性解读提供了数据基础。（f）稗米独立驯化导致表型的趋同演化,控制株型、落粒性等关键基因受到平行选择作用。（3）作物拟态的遗传机制解析稻田稗草在苗期模仿水稻直立株型的现象称为作物拟态或瓦维洛夫拟态,是稗草环境适应性的具体表现之一。通过对长江流域稻田稗草的基因组测序和表型鉴定,利用群体基因组学手段解析了作物拟态的遗传基础。具体结果:（a）建立拟态指数量化稻田稗草与水稻苗期株型相似程度。（b）拟态与非拟态稗草存在基因组分化,拟态群体基因组受到人类农业生产活动的无意识正向选择。（c）控制株型的关键基因LA1在作物拟态和水稻驯化过程中表现出平行选择特征。综上,本研究利用比较基因组学和群体基因组学手段,通过高质量基因组组装、大规模基因组重测序和表型鉴定,获得了多个稗属物种高质量参考基因组和全球稗草及稗米变异图谱,为禾本科稗属演化、环境适应性、孤儿作物驯化改良等方面提供了新的认识和理论基础。