全基因组测序重现小麦“门第”

 
 
全基因组测序重现小麦“门第”  
 

小麦是世界上最陈腐的、也是最重要的粮食作物之一。在短短的几千年时间里，小麦便从发源地西亚的“肥沃新月地带”扩展到全球各地差异的发展情况中，成为世界上种植最遍及的作物之一。

小麦为何能如此乐成的适应差异发展情况？“祖先”小麦又是如何进化为现代小麦的？小麦遗传学家们不绝摸索，试图展现小麦的“门第”。

10月26日晚，中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员鲁非和焦雨铃团队相助，通过对共计414种有代表性的普通小麦和近缘麦类物种举办全基因组的重测序，并团结群体遗传学阐明“重现”了小麦的演化汗青。该研究同时挖掘了小麦的基因组多态性，为跨物种转移适应性乐成以举办作物改善奠基基本并提供新视角。相关研究成就在线颁发于《自然—遗传学》杂志。

“巨大”的小麦

小麦的栽培汗青与人类开化和保留密切相关，距今约1万年前，人类便首先乐成地将小麦栽培举办粮食出产。如今，小麦已成为全世界1/3以上的人口主粮，提供了人类饮食中约20%的热量和卵白质，而我国更是全世界最大的小麦出产国和消费国。

小麦安详关乎国度粮食安详。

“然而，小麦的研究和遗传育种改善严重落伍于水稻、玉米等其它主粮作物。”论文通讯作者之一焦雨铃汇报《中国科学报》，原因在于小麦基因组异常复杂和巨大。一方面，小麦基因组的数量有17 Gb，是水稻基因组的40余倍、玉米基因组的5倍多。另一方面，小麦的基因组包括三套高度相似的亚基因组，来自于三种原本独立的麦类植物，这些巨大性严重制约了小麦遗传和育种研究。

事实上，本日人们所食用的普通小麦自距今8000年前的中东地域，昔人农田里种植的四倍体栽培硬粒小麦（又称二粒小麦）与二倍体山羊草产生了天然杂交，形成了本日的六倍体普通小麦。

异源多倍体化使小麦更能遍及地适应差异种植情况，满意世界各地人类的需求。当前，小麦的种植跨度可从北纬67度的北欧延伸到南纬45度的阿根廷南部，纵深可从低于海平面150米的吐鲁番盆地到海拔4100米的青藏高原。

那么，在自然选择和人类驯化进程中，小麦基因组是如何被转化的？怎么长成差异地域人们都喜欢的样子呢？

焦雨铃先容，连年来，跟着测序技能的不绝进步，已劈头得到了小麦模式品种的基因组序列。可是小麦在恒久选育中具有高度多态性，即进化出差异的形态，找到导致多态性形成的基因对付育种意义重大，亟需挖掘并理会。另外，普通栽培小麦和其它与之有倍性差此外亲缘麦类物种间的亲缘干系也有待阐释。

“从普通小麦的进化史可以发明，它并没有直接的野生祖先，那么它的多态性是从何而来？”焦雨铃说，理会小麦适应性遗传机制，是破解将来在气候变革环境下，小麦高产稳产困难的要害。

绘制小麦基因“图谱” 找到要害基因

多年来，焦雨铃团队致力于小麦要害农艺性状和分子设计相关研究，与鲁非团队相助，收集了有代表性的普通小麦和近缘麦类物种共计414种，举办了全基因组的重测序。通过对重测序功效所得到的序列多态性举办群体遗传学阐明，以此“重现”了小麦的演化汗青。

同时，在重测序的基本上，研究人员寻找多态性位点基因。

“多态性位点基因也就是基因组上有变异的处所，一般来说，沟通的变异具有配合的来历。”焦雨铃表明说。六倍体普通小麦在形成后仍与四倍体硬粒小麦存在恒久的基因交换，从而得到了多态性。随后，普通小麦向东、西两个偏向流传，形成了我国和欧洲的农家种。而我国近代的栽培种培养进程中大量警惕了欧洲小麦品种，呈现了又一次基因交换。

基于以上假设，研究人员揣度了小麦各个品系基因组的亲缘干系。有些位点可以或许提供优异的农艺性状，一旦呈现后即被保存。