古老单粒小麦的历史和未来写在它的基因里

由马里兰大学科学家领导的一个国际研究小组对单粒小麦(世界上第一种驯化作物)的完整基因组进行了测序，并追溯了其进化历史。这些信息将帮助研究人员识别对疾病、干旱和高温的耐受性等遗传特征，并将这些特征重新引入现代面包小麦中。这是保护世界粮食供应免受气候变化和未来几年日益恶劣天气影响的竞赛中向前迈出的重要一步。

新的参考基因组和进化史发表在《自然》杂志上。

Adam Schoen 说：“对这个基因组进行测序最令人兴奋的是，单粒小麦确实是我们可以用于研究的模型物种，不仅可以作为面包小麦的参考，还可以作为黑麦、大麦、燕麦等其他小谷物的参考。”该论文的共同第一作者和博士学位。马里兰大学植物科学与景观建筑系 Vijay Tiwari 教授指导下的学生。

单粒小麦早在 12,000 年前就开始种植，被认为是人类种植的第一种作物。随着农业在世界各地的传播，人们用面包小麦取代了单粒小麦，他们选择性地种植面包小麦，因为面包小麦具有颗粒大、易于脱粒等特性。经过几个世纪的集约种植和选择，面包小麦失去了对干旱、炎热和害虫的天然抵抗力，而这些特性使其能够抵御当前气候变化的威胁。

但单粒小麦仍然在各种环境中生长，并用于某些乡村面包，并没有经过如此严格的选择性育种，这意味着它保留了许多弹性特性。与面包小麦不同的是，野生和驯化的单粒小麦品种仍然存在。

确定面包小麦中数十万个基因中的哪一个负责弹性特性是一项艰巨的任务。这就是单粒小麦的用武之地。蒂瓦里领导了一项大规模育种计划，旨在将抗逆基因重新引入面包小麦中，并利用单粒小麦提供帮助。

通过将单粒小麦基因组与 2018 年成功测序的面包小麦基因组进行比较，研究人员现在可以寻找错配，从而缩小古代和现代小麦籽粒不同遗传性状的潜在目标范围。这项新研究对家养和野生单粒小麦进行了测序，识别出约 50 亿个碱基对，这些碱基对组合在一起构成了单个基因，并将它们按正确的顺序排列。

该研究表明，影响植物从其基部发出的芽数量的基因与两种谷物中的相同基因，表明单粒小麦可用于绘制面包小麦的性状。自从完成这项研究以来，马里兰大学研究人员已经开始识别经济上重要的基因，比如谷物大小的基因，并有选择地将它们培育成面包小麦。

参考基因组还使科学家能够追踪单粒小麦的进化历史，从而深入了解人类历史。研究人员发现，自从单粒小麦最初驯化并传播到欧洲和中亚以来，它已经进行了多次杂交。对基因组的详细分析可以为人类迁徙和定居的人类学研究提供信息。

该研究的另一个重大进步是研究人员对整个单粒小麦参考基因组进行测序的速度。尽管面包小麦基因组测序花了十多年的时间，但目前的研究只用了一年多一点的时间就完成了。研究人员对 Tiwary 领导的小麦育种联盟国际专家的合作表示赞赏。该团队由来自四大洲六个国家的专家组成，将各个专业领域最先进的方法和技术应用于这项任务。

“这是第一步，”蒂瓦里说，“我们不仅将单粒小麦基因培育到面包小麦中，而且现在我们有机会改进单粒小麦，使其更容易种植和收获，因为它比面包小麦更健康、更有营养。 ”。