一個國際研究小組對一個馴化作物：單粒小麥（einkorn wheat）的完整基因組進行了測序，并追蹤了它的進化歷史。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展是研究人員對整個單粒小麥參考基因組進行測序的速度。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)。"