“从头驯化”：创造人类所需个性化“新”食物

 
 
“从头驯化”：创造人类所需个性化“新”食物  
 

你可曾想过，现在赖以生存的粮食是否完美？是否满足了你对健康营养的需求？

华中农业大学植物科学技术学院/作物遗传改良国家重点实验室教授严建兵的答案是否定的。

“过去，我们的粮食生产目标大多追求高产高效，但随着人们对食物的需求越发多样化和个性化，传统的农业生产方式也带来了诸多的挑战，未来粮食的生产目标应是基于人们个性化的需求来供给食物。”严建兵希望，在保障粮食安全的基础上，改良或“设计”出一些新作物，以更符合未来人们对食物的个性化需求。

重新“组装” 驯化新作物

如何产出完美、个性化的食物？严建兵提出了“再驯化”处于半驯化状态的作物，以及“从头驯化”产生新作物的解决方案。

已有研究表明，人类现在食用的大多数农作物和蔬菜，都是先人们在过去12000年里从野生植物的祖先那里驯化而来的。在现存的40多万种植物中，仅约不到100种被驯化成今天可栽培的作物。而人类从粮食中获得能量的70%仅来自于15种作物，其中玉米、水稻和小麦三大作物占比50%。

“我们可以从众多的野生和半野生植物中，重新驯化一些新的更符合人类未来需求的新作物，同时为解决世界日益严峻的粮食问题提供新的解决方案。”严建兵说。

在过去一万多年里，作物驯化和改良的历史经历了农民与育种家基于优势性状的“定向”选择，以作物矮杆技术突破与农药化肥、农业机械使用为代表的第一次绿色革命，以及以转基因、分子育种等生物技术为基础的第二次绿色革命。

当前，基因编辑技术和大数据技术的突破，正在叩开人类“设计育种”的大门，农业领域的“第三次绿色革命”正在形成。

严建兵解释，未来的农业生产面临着诸多挑战，比如农业化肥滥用带来环境污染和农业发展的不可持续；水资源需求量大；农业生产将面临更为极端的气候变化，包括干旱、高温、寒冷以及盐碱地；大多数作物缺乏人类所必需的微量营养素；作物生产效率低，“靠天吃饭”的本质并未改变等。

从根本上改变粮食生产模式，从需求端考虑作物设计，采取条件可控的工业化生产模式，或有助于解决这些难题与挑战。

在他看来，基因编辑与大数据挖掘结合让精准设计育种成为可能，利用大量已知的模式植物和主要作物在驯化和改良过程积累的大量知识可以指导新作物的重新驯化，“就像搭积木一样，想要什么样子就可以组装成什么样子，比如给糖尿病人提供糖类转化率低的粮食等。”

事实上，作物驯化的过程非常缓慢，人工选择花费了几千年上万年的时间才获得了我们今天的作物，而基于知识驱动的“从头驯化”理论仅需要数年的时间。

“‘再驯化’的优势在于可以直接利用已经适应种植环境的处于半驯化的物种。‘从头驯化’可通过传统人为选择和基因组编辑等技术来实现。”严建兵表示。

不过，这也意味着，找到适合“编辑”的野生或半野生植物是最关键的一步。同时，对影响作物优势性状（产量高、营养价值高、高效固氮、水利用率高等）的关键功能基因的挖掘和解析，也被认为是实现作物“再驯化”和“从头驯化”的重要课题。

搭建鉴定玉米功能基因的“生产线”

如何将设想变为现实？除了候选物种的确定，严建兵提出了实现“从头驯化”新作物的关键步骤：驯化关键基因的鉴定，利用基因编辑等技术快速实现野生植物到驯化作物的转变；目标有益性状调控网络的确定，利用基因编辑等技术实现目标性状基因网络的精准调控；提供拥有不同有益性状的个性化作物，满足不同人群多样化的需求。

作为有着数十年玉米遗传育种、基因解析等研究历史的团队，严建兵等科学家们从实现玉米的复杂数量性状遗传解析开始。