部分小麥的圖片。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所供圖

小麥?zhǔn)亲钪饕娜蛐约Z食作物之一，是人類獲取能量和營(yíng)養(yǎng)的重要來(lái)源。普通小麥?zhǔn)腔蚪M大小約為15GB的異源六倍體，其基因組和遺傳育種研究極其復(fù)雜，被譽(yù)為作物界的“珠穆朗瑪峰”。面對(duì)當(dāng)前全球人口不斷增長(zhǎng)、環(huán)境氣候復(fù)雜多變和小麥新品種培育的遺傳增益效應(yīng)逐漸減緩等一系列挑戰(zhàn)，科學(xué)家需要找到一條高效、精準(zhǔn)的小麥育種之路，以培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的小麥新品種，保障糧食安全和發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)。

近日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）刊登了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）聯(lián)合英國(guó)約翰·英納斯中心等國(guó)內(nèi)外多家單位完成的最新研究成果，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了小麥群體全基因組變異圖譜構(gòu)建、大規(guī)模的表型鑒定、遺傳作圖群體構(gòu)建，揭示了全球百年小麥種質(zhì)資源的多樣性，為小麥精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種提供了重要支持。

“這一發(fā)現(xiàn)令人震撼?！痹谥袊?guó)科學(xué)院院士錢(qián)前看來(lái)，如何利用這些寶貴的遺傳信息和基因資源，將有力推動(dòng)我國(guó)小麥基因組設(shè)計(jì)育種發(fā)展。隨著研究的持續(xù)深化、成果在育種上的持續(xù)應(yīng)用，將極大改變現(xiàn)有品種同質(zhì)化嚴(yán)重的局面，推動(dòng)小麥領(lǐng)域新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展。

這項(xiàng)研究對(duì)小麥基礎(chǔ)科研和育種應(yīng)用的重要意義，要從過(guò)去半個(gè)世紀(jì)的農(nóng)業(yè)綠色革命說(shuō)起。始于20世紀(jì)60-70年代的農(nóng)業(yè)綠色革命，主要集中在通過(guò)培育和推廣半矮稈稻麥品種來(lái)提高作物適應(yīng)化肥施用量的增加、減少倒伏的能力，通過(guò)提高收獲指數(shù)從而顯著提高產(chǎn)量。然而，育種過(guò)程中偏好選擇那些控制矮稈和提高產(chǎn)量的特定基因，會(huì)忽略其他可能有益的遺傳變異，導(dǎo)致小麥現(xiàn)代品種多樣性的丟失，不利于應(yīng)對(duì)復(fù)雜的病蟲(chóng)害和氣候變化的影響。

沃氏小麥地方品種資源由一位英國(guó)植物學(xué)家在20世紀(jì)二三十年代通過(guò)廣泛的國(guó)際貿(mào)易于全世界各地收集而來(lái)；在21世紀(jì)的過(guò)去20年，經(jīng)過(guò)多年的調(diào)查和鑒定，確定其中827份為核心種質(zhì)，廣泛用于研究。這827個(gè)地方品種主要來(lái)源于歐洲、亞洲和非洲的32個(gè)國(guó)家。這套材料的收集時(shí)間為綠色革命之前，這一時(shí)間點(diǎn)對(duì)現(xiàn)代小麥育種具有特別重要的意義。

該研究負(fù)責(zé)人、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員程時(shí)鋒介紹，從歷史上看，養(yǎng)活當(dāng)?shù)厝嗣駭?shù)千年的各個(gè)地方小麥馴化品種，已經(jīng)能夠很好地適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境，但與現(xiàn)代品種相比，產(chǎn)量相對(duì)較低，植株較高。然而，地方品種較少受到歷史和地理瓶頸效應(yīng)的影響，使得其往往能保有豐富的遺傳多樣性，但尚未在現(xiàn)代品種中得到充分利用。

“我們團(tuán)隊(duì)先后從英國(guó)約翰·英納斯中心引進(jìn)了上千份優(yōu)異的小麥核心種質(zhì)資源，其中包含百年前收集于歐洲、亞洲和非洲32個(gè)國(guó)家的827份地方品種。隨后，綜合利用基因組學(xué)、遺傳學(xué)、生物信息學(xué)和分子生物學(xué)等前沿技術(shù)手段，找回了現(xiàn)代小麥品種丟失的遺傳多樣性寶庫(kù)，并驗(yàn)證其功能和育種價(jià)值?！背虝r(shí)鋒告訴記者。

研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代小麥品種經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的人工定向選擇，僅來(lái)自7個(gè)祖先群中的2個(gè)，67%以上的遺傳多樣性丟失。這一發(fā)現(xiàn)表明，現(xiàn)代核心小麥資源遺傳背景狹窄、品種單一，選育品種同質(zhì)化嚴(yán)重。

程時(shí)鋒團(tuán)隊(duì)的研究系統(tǒng)驗(yàn)證了大量未被利用的優(yōu)異變異功能和育種價(jià)值，并挖掘到調(diào)控小麥高產(chǎn)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的新基因，以及關(guān)鍵的有利變異位點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了大數(shù)據(jù)資源和技術(shù)工具，并提出了小麥全基因組設(shè)計(jì)育種的4D策略——Decode解碼、Discover發(fā)現(xiàn)、Design設(shè)計(jì)、Deliver實(shí)現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)小麥從基因組到育種的全鏈條貫通提供了系統(tǒng)解決方案。

“這些沃氏小麥獨(dú)有的單倍型變異含有大量未被利用的優(yōu)異等位基因，對(duì)未來(lái)的小麥遺傳改良具有不可估量的潛在價(jià)值，可用于培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆及適應(yīng)氣候變化的小麥新品種。”中國(guó)科學(xué)院院士李家洋說(shuō)。他認(rèn)為沃氏小麥地方品種群體這一種質(zhì)資源的引入，將為拓寬我國(guó)小麥的遺傳基礎(chǔ)、提高我國(guó)小麥的遺傳多樣性奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；未來(lái)將這些優(yōu)異基因應(yīng)用到小麥育種中，培育創(chuàng)新型小麥新品種，將推動(dòng)我國(guó)小麥產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)