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保护意面:科学家开始研究意面基因

作者:Kat Eschner

从北非小米饭到珊瑚形意面,世界各地的人们都喜欢用硬质小麦制作的食物。也被称为“面食小麦”或“通心粉小麦”,它是最常见的谷物之一。现在,一群科学家已经迈出了重要的一步,确保了硬粒小麦的持续存活 – 以及依赖它的人们。

研究人员在《自然-遗传学》期刊上发表了一篇关于基因测序的论文。“这是真正的国际合作,”作者之一的萨斯喀彻温大学小麦科学家Curtis Pozniak说到。多达68位科学家在意大利、德国、加拿大、以色列、美国、澳大利亚和土耳其都有研究机构。Pozniak解释说,测序工作来自一个关于硬粒小麦科学的国际工作组。

像许多主要作物一样,硬粒小麦受到了科学家的广泛关注,他们致力于对抗令其易受伤害的疾病,提高作物产量,并使植物更加坚硬等等。国际组织决定下一个重点应放在高质量的参考基因组上。它代表着“我们第一次能够以正确的顺序看到所有基因,”Pozniak说。

像参考基因组一样,例如面包小麦和大麦的参考基因组,硬粒小麦的参考基因组就像一个蓝图。该蓝图使科学家们更容易了解正在发生的事情,并通过传统育种或基因编辑进行改变。

这些变化可以使小麦更坚♂硬,味道更好,更有营养,甚至有助于保持我们像意大利面原料小麦一样的黄色皮肤。科学家甚至可以混合搭配小麦和大麦以及它们的野生表亲物种。这可以令科学家帮助小麦抵抗遗传多样性的缺乏,使许多作物能更好抵抗变化或天气或疾病。多代栽培作物,通过添加来自野生表亲或其他家庭小麦的基因,科学家们可以帮助植物在遗传上变得更加不同,从而更加坚♂硬。

基因组已经做了一些好事:国际团队用它来鉴定与硬粒小麦从土壤中吸收重金属镉相关的基因。选择没有这类基因的硬粒小麦品种可以帮助人们避免重金属中毒。

但达到那个水平并不是那么简单。硬粒小麦的基因数量是人类基因组的四倍,这意味着有很多材料要处理。通常,植物具有比动物大得多的基因组。就小麦而言,这是因为来自不同野生物种的新遗传物质在驯化期间被引入了几次,并且每次引入都留下了一些DNA。除此之外,硬粒小麦是四倍体,这意味着它有四组携带遗传信息的染色体,而不是人类和大多数动物的两组染色体。

Pozniak说,硬粒小麦还有两个密切相关的亚基因组。由于基因测序依赖于将基因组分解成一点一点,对每个基因组进行测序,然后将它们重新组合在一起,找出每个基因组属于哪个亚基因组并不容易。这就像试图完成两个非常相似的拼图游戏,所有碎片都混在一起。为了使它更复杂,硬粒小麦的基因组也有很多重复的DNA,序列一次又一次地蹦出来。Pozniak说,这种DNA“在整个基因组中看起来几乎相同”,但所有序列都有点不同,属于不同的位置。

测序的基因组数据集可在线免费获取,任何人都可以访问。这一点非常重要,未参与项目的国际玉米和小麦改良中心(CIMMYT)的Karim Ammar说到。

Ammar和合作者已经在他们的工作中使用参考基因组来创造更多抗病的硬粒小麦品系。他说,接下来的步骤是搞几种不同的硬粒小麦并将它们全部排序,这项工作由于参考基因组而变得更快,因此他们可以开始比较每种的属性。对于小麦科学,就像生活中的许多事情一样,你知道的越多越好。

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