利物浦大学、加州大学戴维斯分校等9所研究机构合作完成了小麦基因组的测序工作,相关研究成果于11月29日发表在《自然》杂志上。这一突破有望帮助提高小麦产量,培育更适应环境变化的品种,从而应对全球粮食需求增长。
到2050年,世界人口预计将从70亿增至90亿,而可用耕地面积却在减少。要满足全球对粮食持续增长的需求,必须培育高产量的主要农作物。论文共同作者、加州大学戴维斯分校植物科学教授Jan Dvorak指出:“小麦、水稻和玉米是世界粮食供应的三大支柱。”
普通小麦(Triticum aestivum)起源于三个祖先物种,其基因组是三个亚基因组的复合体,结构极为复杂,大小约为人类基因组的五倍。利物浦大学Neil Hall教授表示:“小麦基因组庞大而复杂,可能是迄今为止测序的最复杂的基因组之一。”幸运的是,当前测序技术比人类基因组计划时期快上百倍,使得这一艰巨任务成为可能。
研究人员采用全基因组鸟枪测序法,生成了数十亿个随机基因组片段,并将其组装成完整序列,共鉴定出超过90,000个基因。研究者指出,这一新技术有望应用于其他复杂基因组的测序,例如重要的生物能源作物甘蔗。
为了解析小麦基因的突变模式,利物浦大学科学家与德国生物信息和系统生物学研究所合作,将小麦基因组序列与已知禾本科植物(如水稻和大麦)的基因组进行比较。同时,冷泉港实验室与加州大学的研究人员将普通小麦基因组与其祖先基因组对比,以评估自8000年前普通小麦出现以来基因组中发生的突变。
研究人员还确定了小麦基因与特定性状之间的关联,这些数据可用于培育适应不同环境的小麦新品种。论文共同作者Anthony Hall强调:“了解小麦遗传信息,并将其整理成可供育种使用的形式,将有助于开发具有抗病性、抗旱性等特殊性状的新品种。”
这项研究成果不仅加深了人们对小麦基因组及其进化过程的理解,更有望为应对日益严峻的全球粮食危机提供关键工具。相信在全球科研工作者的共同努力下,不久的将来就能完成普通小麦高质量的完整基因组图谱。