位于怀柔科学城的地球系统数值模拟装置“寰”，正在持续助力顶尖科研成果产出。记者从中国科学院青藏高原研究所获悉，依托“寰”的数据分析支持，该所联合丹麦嘉士伯研究实验室、丹麦哥本哈根大学、英国剑桥大学等全球数十家顶尖科研机构，回答了大麦种子“睡多久”由谁说了算的难题。相关科研成果近日已在《科学》杂志发表。

种子休眠，是指种子“按兵不动”直至环境真正安全才启动发芽。这是农作物在驯化中被深刻改造的关键性状之一，也是一把“双刃剑”。休眠时间太短，成熟种子遇连续阴雨天气时，容易在穗上提前发芽，降低作物产量和品质；休眠时间太长，会影响复种时机和出苗整齐度。随着极端天气增多，全球每年因穗发芽造成的作物减产甚至绝收事件呈现加剧趋势，造成大量经济损失。

在大麦种子上，科研团队锁定了一个名为MKK3（丝裂原活化蛋白激酶激酶3）的基因。它携带了两个“闹钟”——基因拷贝数越多、表达量越大，种子休眠性越弱；氨基酸变异控制的激酶活性越强，种子休眠性也越弱。二者协同作用，让MKK3拥有了决定种子休眠特性的能力。在丹麦嘉士伯研究实验室，科研人员开展了大量基因组测序分析和田间实验工作，厘清相关的分子机制后，团队对1000余份来自全球各地的大麦种子进行了基因组数据收集与分析，大量数据则集中汇总至中国科学院青藏高原研究所研究员王昱程团队手中。

“单个样本的高质量基因组，数据量就在百亿字节量级。1000余份样本数据必须在超级计算机的支持下，才能完成各类分析。”王昱程说，依托“寰”和国家超级计算无锡中心“神威·太湖之光”超级计算机的“大脑”，数据分析工作顺利完成，大麦种子MKK3的时空演化格局得到揭秘。在东亚季风区，人们偏爱“低活性模式”的MKK3，它休眠期长，可避开收获时遭遇连续阴雨天气导致的穗发芽问题；古维京人则选育了“弱休眠性模式”的北欧啤酒大麦种子，让麦芽能快速均匀萌发；青藏高原上的青稞则拥有全球最强的MKK3活性，表现出最弱的休眠性和最强的种子萌发活性。

“这是把基因变异、气候变化和人类饮食文化写进了同一本史册。”王昱程表示，这项成果还可以直接用于分子育种，微调种子休眠期进而控制休眠与发芽，为当前全球气候变化条件下的农业可持续发展提供支撑。

作为“寰”的用户，王昱程切身体会到我国自主知识产权地球系统模式对多学科科研的助力。这座“地球实验室”有能力开展较长时间尺度的气候变化预测，既能展望未来，也能回溯过往，可以成为农业领域研究的关键基础支撑。“我们要回溯农作物在时间长河中丢失的性状，就需要对过去几千年、几万年的气候进行整体重建，过程中，‘寰’将能发挥非常重要的作用。”王昱程透露，目前，团队正在与“寰”展开深入合作，希望后续能在古作物基因组、古冰川分布等研究中取得进一步的成果。