一個國際研究小組對一個馴化作物：單粒小麥（einkorn wheat）的完整基因組進(jìn)行了測序，并追蹤了它的進(jìn)化歷史。這些信息將幫助研究人員識別耐病、耐旱和耐熱等遺傳特征，并將這些特征重新引入現(xiàn)代面包小麥中。這是在保護(hù)世界糧食供應(yīng)免受氣候變化和未來幾年預(yù)計將出現(xiàn)的日益惡劣天氣影響的競賽中邁出的重要一步。

新的參考基因組和進(jìn)化歷史發(fā)表在《自然》雜志上。

文章一作之一Adam Schoen說，“基因組測序最令人興奮的事情是，單粒小麥確實是一個我們可以用于研究的模式物種，不僅可以作為面包小麥的參考，還可以作為黑麥、大麥、燕麥等其他小谷物的參考。"

早在12000年前，人們就開始種植小麥，據(jù)說這是人類最早種植的作物。隨著農(nóng)業(yè)在世界范圍內(nèi)的普及，人們用面包小麥取代了單粒小麥，他們選擇種植面包小麥，因為面包小麥具有顆粒大、容易脫粒等特點。經(jīng)過幾個世紀(jì)的精耕細(xì)作和篩選，面包小麥?zhǔn)チ藢Ω珊?、高溫和蟲害的天然抗性，而這些特性本應(yīng)使其能夠抵御當(dāng)前氣候變化的威脅。

但是，現(xiàn)在仍然在各種環(huán)境中種植，并用于某些鄉(xiāng)村面包的單粒小麥沒有經(jīng)過如此嚴(yán)格的選擇性育種，這意味著它保留了許多抗逆性。與面包小麥不同的是，野生和馴化的小麥品種仍然存在。

在面包小麥的數(shù)十萬個基因中，確定哪些基因具有抗逆性是一項艱巨的任務(wù)。這就是單粒小麥的優(yōu)勢所在。在這項研究中，Vijay Tiwari領(lǐng)導(dǎo)這個大規(guī)模的育種項目，旨在將適應(yīng)力基因重新引入面包小麥，利用單粒小麥來提供幫助。

通過將單粒小麥基因組與2018年成功測序的面包小麥基因組進(jìn)行比較，研究人員現(xiàn)在可以尋找不匹配，縮小古代和現(xiàn)代小麥谷物之間不同遺傳性狀的潛在目標(biāo)。這項新研究對家養(yǎng)和野生的品種進(jìn)行了測序，確定了大約50億個堿基對，這些堿基對組成了單個基因，并將它們按正確的順序排列。

該研究表明，影響植物從基部長出的新芽數(shù)量的基因在兩種谷物中是相同的，從而證明單粒小麥可以用來繪制面包小麥的性狀圖譜。自從完成這項研究以來，馬里蘭大學(xué)的研究人員已經(jīng)開始識別經(jīng)濟(jì)上重要的基因，比如決定谷物大小的基因，并有選擇地將它們培育到面包小麥中。

參考基因組還能使科學(xué)家追蹤小麥的進(jìn)化歷史，從而深入了解人類歷史。研究人員發(fā)現(xiàn)，自最初的馴化和在歐洲和中亞的傳播以來，單粒小麥已經(jīng)雜交了很多次。對基因組的詳細(xì)分析可以為人類遷移和定居的人類學(xué)研究提供信息。

這項研究的另一個重大進(jìn)展是研究人員對整個單粒小麥參考基因組進(jìn)行測序的速度。雖然面包小麥的基因組測序花了十多年的時間，但目前的研究一年多一點就完成了。研究人員將此歸功于Tiwary領(lǐng)導(dǎo)的小麥育種聯(lián)盟中國際專家的合作。該團(tuán)隊擁有來自四大洲六個國家的專家，將各個專業(yè)領(lǐng)域的方法和技術(shù)應(yīng)用于這項任務(wù)。

“這是第一步，"Tiwari說，“我們不僅在面包小麥中培育了單粒小麥基因，而且我們現(xiàn)在有機會改進(jìn)單粒小麥，使其更容易種植和收獲，因為它比面包小麥更健康，更有營養(yǎng)。"