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单粒小麦完整基因组测序,应对恶劣天气影响

发布时间: 2023-08-04  点击次数: 264次

 

一个国际研究小组对一个驯化作物:单粒小麦(einkorn wheat)的完整基因组进行了测序,并追踪了它的进化历史。这些信息将帮助研究人员识别耐病、耐旱和耐热等遗传特征,并将这些特征重新引入现代面包小麦中。这是在保护世界粮食供应免受气候变化和未来几年预计将出现的日益恶劣天气影响的竞赛中迈出的重要一步。


新的参考基因组和进化历史发表在《自然》杂志上。


文章一作之一Adam Schoen说,“基因组测序最令人兴奋的事情是,单粒小麦确实是一个我们可以用于研究的模式物种,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。"


早在12000年前,人们就开始种植小麦,据说这是人类最早种植的作物。随着农业在世界范围内的普及,人们用面包小麦取代了单粒小麦,他们选择种植面包小麦,因为面包小麦具有颗粒大、容易脱粒等特点。经过几个世纪的精耕细作和筛选,面包小麦失去了对干旱、高温和虫害的天然抗性,而这些特性本应使其能够抵御当前气候变化的威胁。


但是,现在仍然在各种环境中种植,并用于某些乡村面包的单粒小麦没有经过如此严格的选择性育种,这意味着它保留了许多抗逆性。与面包小麦不同的是,野生和驯化的小麦品种仍然存在。


在面包小麦的数十万个基因中,确定哪些基因具有抗逆性是一项艰巨的任务。这就是单粒小麦的优势所在。在这项研究中,Vijay Tiwari领导这个大规模的育种项目,旨在将适应力基因重新引入面包小麦,利用单粒小麦来提供帮助。


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不匹配,缩小古代和现代小麦谷物之间不同遗传性状的潜在目标。这项新研究对家养和野生的品种进行了测序,确定了大约50亿个碱基对,这些碱基对组成了单个基因,并将它们按正确的顺序排列。


该研究表明,影响植物从基部长出的新芽数量的基因在两种谷物中是相同的,从而证明单粒小麦可以用来绘制面包小麦的性状图谱。自从完成这项研究以来,马里兰大学的研究人员已经开始识别经济上重要的基因,比如决定谷物大小的基因,并有选择地将它们培育到面包小麦中。


参考基因组还能使科学家追踪小麦的进化历史,从而深入了解人类历史。研究人员发现,自最初的驯化和在欧洲和中亚的传播以来,单粒小麦已经杂交了很多次。对基因组的详细分析可以为人类迁移和定居的人类学研究提供信息。


这项研究的另一个重大进展是研究人员对整个单粒小麦参考基因组进行测序的速度。虽然面包小麦的基因组测序花了十多年的时间,但目前的研究一年多一点就完成了。研究人员将此归功于Tiwary领导的小麦育种联盟中国际专家的合作。该团队拥有来自四大洲六个国家的专家,将各个专业领域的方法和技术应用于这项任务。


“这是第一步,"Tiwari说,“我们不仅在面包小麦中培育了单粒小麦基因,而且我们现在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。"