财新传媒

小麦如何走向全球,成为人类的主粮

2017年07月12日 11:37 来源于 财新网
可以听文章啦!
最新基因组研究揭示小麦如何在成为主要粮食作物的竞争中脱颖而出
小麦是一种在世界各地广泛种植的粮食作物。纵观全球,它们往往被磨成面粉或加工成食物,供人们食用,尤其是在中国北方及欧美地区,小麦是碳水化合物的重要来源。

  撰文 | 冯枭

  小麦是一种在世界各地广泛种植的粮食作物。纵观全球,它们往往被磨成面粉或加工成食物,供人们食用,尤其是在中国北方及欧美地区,小麦是碳水化合物的重要来源。

  小麦为人类提供了膳食纤维和多种营养物质。同时,它也是食物中植物蛋白的主要来源之一,近13%的蛋白质含量,使之在与其他主要食物竞争中脱颖而出。

  大约在1万年前,小麦于中东的新月沃土地区(Fertile Crescent)被驯化,驯化主要与小麦种子的休眠、穗粒形态、籽粒萌发等有关。

  落粒性(shattering)是粮食作物非常重要的性状,也是一个关键的驯化性状。野生型植株由于对环境的长期适应,往往具有落粒的特性,也就是种子成熟后会散落到土壤中,进而增加其繁殖后代的能力。

  相对于野生型小麦,栽培作物往往具有落粒抗性,这避免了因落粒造成的粮食损失减产。可以说,植物中落粒性状的驯化在人类文明史上具有重要意义,小麦也不例外。野生小麦的穗粒常常会在成熟期破碎,而大部分驯化的小麦穗粒却能够保持完整,这就使得收获更加容易,产量更加丰厚。

  那么驯化小麦落粒抗性背后的机制又是怎样的呢?

  为了揭示小麦在驯化过程中基因的改变与演化情况,更好地了解现代小麦(当前重要的小麦类经济作物)的生物学特性,一个由多国科学家组成的研究团队测序组装了它的异源四倍体祖先——野生二粒小麦(wild emmer wheat, WEW)的全基因组,并展开了一系列研究,相关的研究成果于7月7日在国际顶级学术杂志《科学》(Science)上发表。

  由于野生二粒小麦是由多个祖先杂交产生,其基因组是几个基因组的复合体,大小相当于人类基因组的3~5倍,较为复杂。研究人员选取了野生二粒小麦“Zavitan”进行下一代测序,获得高质量的序列数据,并利用染色质构象捕获技术及其衍生技术(Hi-C),重建野生四倍体小麦的14条染色体。

  为了更好地注释已完成组装的基因组,研究人员还测定了不同组织、在不同发育时间的转录组数据。

  通过将驯化小麦中与落粒性状相关的基因与野生小麦中的相应基因进行比较,发现驯化小麦中名为Brittle Rachis 1 (TtBtr1)的一类基因(包括TtBtr1-A和TtBtr1-B)发生了改变,并失去功能,后续的功能实验也证实了这一点。

不同小麦穗粒易碎情况(即落粒性),来源:Science
不同小麦穗粒易碎情况(即落粒性),来源:Science

  当这些基因中某一个基因恢复正常时,小麦就呈现出独特的穗粒,穗粒前半部分是易碎的,而后半部分则不是。这些结果表明,这类基因在帮助小麦获得落粒抗性方面起着一定的作用,这为提高这一关键粮食作物的产量和质量提供了思路。

  这项研究不仅提供了高质量的小麦全基因组数据,而且还从基因组水平推动了小麦的遗传学研究,在应对全球气候变化,促进农业发展等方面,具有重要的意义。

  参考资料

  [1] Avni et al. Wild emmer genome architecture and diversity elucidate wheat evolution and domestication. 2017. Science.

  [2] https://en.wikipedia.org/wiki/Wheat

  《知识分子》是由饶毅、鲁白、谢宇三位学者创办的移动新媒体平台,致力于关注科学、人文、思想

  

知识分子
 

责任编辑:于达维 | 版面编辑:陈华懿子
文章很值,赞赏激励一下
赞 赏
首席赞赏官虚位以待
赞赏是一种态度
  • 1
  • 3
  • 6
  • 12
  • 50
  • 108
其他金额
金额(元):
赞 赏
财新传媒版权所有。
如需刊登转载请点击右侧按钮,提交相关信息。经确认即可刊登转载。
推广

财新微信

2017年09月21日    16:34
【东方园林:中标逾14亿元PPP项目】东方园林公告,公司及全资子公司东方利禾景观设计组成的联合体成为重庆两江新区涉水公园及环境整治工程PPP项目的中标单位,本项目总投资约为14.29亿元,是东方园林在重庆签订的首个PPP项目。
2017年09月21日    16:27
【深圳22项措施规范管理共享单车 将共享单车停放纳入城管平台】深圳市交委、深圳市城管局、深圳市公安交警局近日联合印发《深圳市互联网租赁自行车规范管理整治行动实施方案》,开展5大行动共22项措施,狠抓共享单车规范管理。其中最能体现“严格”的举措莫过于将共享单车停放纳入城管平台。方案规定,企业应按照交通、城管、交警等部门要求,提供相应数据信息,并将相关运营服务数据接入政府监管平台;相关部门要加强企业监管,建立企业信用管理机制,纳入全国统一的信用信息共享交换平台。(新华社)
2017年09月21日    16:19
上期所:自2017年9月22日交易(即9月21日晚夜盘)起,镍NI1801合约日内平今仓交易手续费从6元/手调整为18元/手。
2017年09月21日    16:15
【中科金财:员工持股计划清仓减持逾190万股】中科金财表示,截至2017年9月21日,第一期员工持股计划“华泰资管中科金财共同成长1号集合资产管理计划”所持有的公司股票已全部出售完毕,总计卖出股票1,908,700股。
2017年09月21日    15:47
【暴风集团:东山精密拟约4亿元认购暴风统帅新增注册资本】暴风集团公告称,目前,公司已与潜在交易对方之一的苏州东山精密制造股份有限公司就本次交易标的深圳暴风统帅科技有限公司签署了《增资意向协议》。
2017年09月21日    15:13
【期市收盘黑色系普跌】锰硅封跌停,焦煤、硅铁跌超5%,铁矿石跌近5%,动力煤、焦炭跌超3%;有色金属高位回落,沪铅涨超1%,沪铜跌超1%;甲醇跌超4%,橡胶、PVC跌超3%;贵金属低迷,沪银跌超1%;农产品波幅有限,鸡蛋涨超2%。
2017年09月21日    15:06
【欧洲股市开盘】欧洲STOXX 600指数高开0.2%。英国富时100指数平开。法国CAC 40指数高开0.3%。德国DAX 指数高开0.3%。
2017年09月21日    15:01
#今日收盘# 【有色金属领跌 沪指跌幅 0.24%】截至收盘,沪指报3357.81点,跌幅 0.24%;深成指报11098.34点,跌幅 0.83%;创业板指报1872.77点,跌幅 1.05%;中小板指报7571.29点,跌幅 0.34%。(本文由财新智能写稿机器人财小智基于财新数据内容发布)
2017年09月21日    14:52
【东方能源:国家电投集团公司雄安代表处工作由公司具体负责】东方能源(000958.SZ)在互动平台表示,目前国家电投集团公司雄安代表处已经开展工作,相关工作由东方能源雄安分公司具体负责。
2017年09月21日    14:34
【韩国股市收盘】韩国首尔综指收盘下跌0.15%。