在一項新的研究中,一個國際團隊有史以來首次發布野生二粒小麥(Wild Emmer wheat)的基因組序列。相關研究結果發表在2017年7月7日的Science期刊上,論文標題為“Wild emmer genome architecture and diversity elucidate wheat evolution and domestication”。論文通信作者為以色列特拉維夫大學植物科學與食品安全學院研究員Assaf Distelfeld博士。
野生二粒小麥是世界上幾乎所有馴化小麥(包括硬質小麥和面包小麥)的原始形態。它具有太低的產量而不被農民們種植,但是它含有很多吸引人的特征。這些特征正在被植物育種者用來改進小麥品種。
論文共同作者、加拿大薩斯喀徹溫大學研究員Curtis Pozniak博士說,“我們如此快地獲得野生二粒小麥基因組序列的能力是基因組研究向前邁出的一大步。小麥提供全世界人們消化的卡路里的將近20%,因此強烈地關注對小麥的產量和品質的關注對我們未來的食物供應是至關重要的。”
Distelfeld博士說,“從生物學和歷史的角度來看,我們為我們能夠用來研究農業出現之前的小麥創建一種‘時光隧道(time tunnel)’。通過與現代小麥相比,我們能夠鑒定出參與馴化的基因。馴化指的是將在野外生長的小麥轉化為現代的小麥品種。盡管野生小麥的種子容易掉落和擴散,但是在馴化小麥中,兩個基因發生變化,從而使得種子仍然附著到小麥莖稈上;正是這種特征使得人類能夠收割小麥。”
論文共同作者、美國堪薩斯州立大學研究員Eduard Akhunov博士說,“這種新的資源允許我們鑒定出許多控制著早期人類在小麥馴化期間選擇的主要性狀的其他基因,它們可作為開發現代小麥品種的基礎。這些基因為能夠在未來開展育種工作提供一種寶貴的資源。野生二粒小麥能夠有助改進小麥籽粒的營養品質,以及對疾病和水受限的條件的耐受性。”
論文共同作者、以色列耶路撒冷希伯來大學研究員Zvi Peleg博士解釋道,“新的基因組工具已正在被用來鑒定在變化的環境下改善小麥產量的新基因。盡管很多現代小麥品種容易遭受水脅迫,但是野生二粒小麥已在容易發生干旱的地中海氣候下經歷著比較長的進化歷史。因此,在小麥培育程序中使用野生小麥的基因會提高在缺水條件下的產量。”
論文共同作者、NRGene公司首席執行官Gil Ronen博士說,“小麥基因組比大多數其他的作物更加復雜,而且它的基因組是人類的基因組大小的4倍。不過,我們開發的計算技術允許我們快讀地組裝在野生二粒小麥的14條染色體中發現的非常大的和復雜的基因組。這在之前的基因組研究中是無法實現的。”
這些研究人員首次讓野生二粒小麥的14條染色體的基因組序列以一種優化的次序進行組裝。德國萊布尼茨植物遺傳學與農作物研究所遺傳資源基因組學主任Nils Stein博士說,“這一點最初在人類中測試過,最近在大麥中證實過。人類和大麥的基因組都比野生二粒小麥要小。這些創新性的技術引發大型谷類植物基因組組裝變革。”
論文共同作者、意大利農業研究與經濟委員會(Council of Agricultural Research and Economics, CREA)基因組學與生物信息學研究中心主任Luigi Cattivelli博士說,“用于野生二粒小麥的這種測序方法是史無前例的,為對硬質小麥(野生二粒小麥的一種馴化形式)進行基因組測序鋪平道路。如今,我們能夠更好地理解人類如何將這種野生的植物轉化為一種現代的高產量的高質量的作物。這種野生二粒小麥測序方法是對整個小麥研究界作出的一種寶貴的貢獻,有助改進和更好地理解小麥營養機理。”
Distelfeld博士作出結論,“我們如今有這些工具來直接地研究作物和比之前更加高效地利用我們的發現。”