没想到小麦的祖宗们如此多情(下)
  • 来源:科普时报
  • 作者:尹 烨
  • 2020-01-02 09:35



    大约在1.5万年前,随着降水量明显增加,环境也改善了。有一部分人类从狩猎者转变成农民,开始了早期的农耕生活。为了收割驻地附近的野生谷物,人们开始把石头磨成一些所谓的石刀或者是早期的镰刀。正是磨制石器的大量出现,标志着人类从旧石器时代转向新石器时代。

    到了1.28万年前,整个地球发生了在地质学上称为“新仙女木事件”的气候剧变,气候又重新变得干冷。这个时候,野生动植物的资源大量地减少,已经无法满足人口进一步膨胀的需求。绝望中的先民们被迫不能再依靠狩猎为生,必须学会种植一些植物,主动给自己生产粮食。西亚也是目前学术界认可的人类最早的农业起源地之一,而早就被西亚先民利用的小麦,此时也伴随着“新仙女木事件”引发的气候变冷,变成了人类首批驯化的农作物之一。

    回到小麦的育种研究。小麦的育种是非常难的,原因在于它的基因组很复杂。虽然普通小麦在地里看起来都一样,小麦和水稻之间看起来也没有多大的差别,但二者的基因组差别非常大。小麦是一个AABBDD的异源六倍体,来源于三个祖先,是这三个基因组的复合体。

    一个人的基因组是3个GB(约30亿对碱基),一个水稻的基因组差不多只有人的七分之一。但是,小麦的基因组有16个GB,差不多是人类基因组的5倍多,达到了水稻基因组的40倍,是目前已经测序完成的最复杂基因组之一。

    也正是这个原因,小麦基因组的测序结果一直推迟到2010年才在科研论文上发表,而水稻基因组在2002年就发表了,比水稻的基因组整整晚发表了8年,小麦的相关研究也因此落后了很多。

    你一定想知道,小麦基因组被解密之后,人类到底能做什么?

    首先,可以培育抗病新品种。研究证实,小麦是禾本科植物,其中一个跟它离得比较近的分支就是大麦,包括青稞。大麦有一个基因功能缺失,使它可以对小麦的一种白粉病产生免疫力(这个白粉病相当于小麦当中的一种癌症)。我们可以从大麦上敲除这个基因,大麦就不会感染白粉病。在普通小麦的基因组上,也有对白粉病具有免疫力的基因。如果我们能够将小麦的这几个基因敲除,就有望获得抗白粉病的小麦品种。完成小麦的基因测序之后,我们知道了在AABBDD上都有这个基因,就可以通过基因敲除的办法得到具有更好抗疫病能力的小麦。

    另外,随着小麦基因组测序的完成,科学家就相当于把小麦整个生命图谱画了出来。通过鉴定一些控制复杂性状的基因,来明确基因与性状之间的关系,从而辅助育种。由于掌握了完整的基因图谱,科研人员就可以按图索骥,用新的工具加速育种计划,有利于加速整个小麦的遗传育种进程。

    当然,因为小麦基因组过于复杂,即使我们测序完成了,也只是万里长征的第一步。真正通过基因工程研发出在产量、品质、抗性、适应性上都比较适合的小麦新品种,还要有很长的路要走。

    不过,无论如何,小麦这个陪着人类度过1万多年光阴的物种,有这么传奇的前世今生,相信它一定会在未来的绿色农业中大放异彩。(下)   

    (作者系华大基因CEO,哥本哈根大学博士,基因组学研究员,大连理工大学兼职教授,第三届中国人类遗传资源管理专家组成员)


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