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

小麥是最主要的全球性糧食作物之一，是人類獲取能量和營養(yǎng)的重要來源。普通小麥是基因組大小約為15GB的異源六倍體，其基因組和遺傳育種研究極其復(fù)雜，被譽為作物界的“珠穆朗瑪峰”。面對當(dāng)前全球人口不斷增長、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，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）刊登了中國農(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)廣東省實驗室深圳分中心）聯(lián)合英國約翰·英納斯中心等國內(nèi)外多家單位完成的最新研究成果，研究團隊開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，為小麥精準設(shè)計育種提供了重要支持。

“這一發(fā)現(xiàn)令人震撼?！痹谥袊茖W(xué)院院士錢前看來，如何利用這些寶貴的遺傳信息和基因資源，將有力推動我國小麥基因組設(shè)計育種發(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)化嚴重的局面，推動小麥領(lǐng)域新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展。

這項研究對小麥基礎(chǔ)科研和育種應(yīng)用的重要意義，要從過去半個世紀的農(nóng)業(yè)綠色革命說起。始于20世紀60-70年代的農(nóng)業(yè)綠色革命，主要集中在通過培育和推廣半矮稈稻麥品種來提高作物適應(yīng)化肥施用量的增加、減少倒伏的能力，通過提高收獲指數(shù)從而顯著提高產(chǎn)量。然而，育種過程中偏好選擇那些控制矮稈和提高產(chǎn)量的特定基因，會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)對復(fù)雜的病蟲害和氣候變化的影響。

沃氏小麥地方品種資源由一位英國植物學(xué)家在20世紀二三十年代通過廣泛的國際貿(mào)易于全世界各地收集而來；在21世紀的過去20年，經(jīng)過多年的調(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個地方品種主要來源于歐洲、亞洲和非洲的32個國家。這套材料的收集時間為綠色革命之前，這一時間點對現(xiàn)代小麥育種具有特別重要的意義。

該研究負責(zé)人、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員程時鋒介紹，從歷史上看，養(yǎng)活當(dāng)?shù)厝嗣駭?shù)千年的各個地方小麥馴化品種，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。

“我們團隊先后從英國約翰·英納斯中心引進了上千份優(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個國家的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，并驗證其功能和育種價值?！背虝r鋒告訴記者。

研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代小麥品種經(jīng)過長期的人工定向選擇，僅來自7個祖先群中的2個，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)化嚴重。

程時鋒團隊的研究系統(tǒng)驗證了大量未被利用的優(yōu)異變異功能和育種價值，并挖掘到調(diào)控小麥高產(chǎn)、營養(yǎng)品質(zhì)的新基因，以及關(guān)鍵的有利變異位點，開發(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)計育種的4D策略——Decode解碼、Discover發(fā)現(xiàn)、Design設(shè)計、Deliver實現(xiàn)，為實現(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。

“這些沃氏小麥獨有的單倍型變異含有大量未被利用的優(yōu)異等位基因，對未來的小麥遺傳改良具有不可估量的潛在價值，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。”中國科學(xué)院院士李家洋說。他認為沃氏小麥地方品種群體這一種質(zhì)資源的引入，將為拓寬我國小麥的遺傳基礎(chǔ)、提高我國小麥的遺傳多樣性奠定堅實的基礎(chǔ)；未來將這些優(yōu)異基因應(yīng)用到小麥育種中，培育創(chuàng)新型小麥新品種，將推動我國小麥產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

 來源：中國青年報