普通小麦基因组草图绘制完成 加速培育新品种工作

有望加速培育新品种工作

科学家绘出普通小麦基因组草图。图片来源：Herve Cochard/INRA

本报讯一个小麦基因组序列草图的问世有望加速培育这种全世界最重要农作物新品种的工作，同时揭示这种古老主食错综复杂的历史。在7月18日出版的美国《科学》杂志上发表的一组论文中，国际小麦基因组测序联盟公布了来自普通小麦——被更广泛地称为面包小麦——的基因组初始草图，此举被认为距破译小麦全基因组序列这一曾被视为“不可能完成的任务”仅剩一步之遥。

这些数据的出台经历了很长时间。可谓命运弄人，普通小麦养活了全球30%的人口，并提供了人类所需20%的热量，但它却拥有着一个最折磨人的基因组序列。现代小麦基因组是不同品种之间多轮杂交的产物，这就是如今导致最终的基因组包含了3种几乎相同的“亚基因组”，而每种亚基因组含有7对染色体。对小麦遗传学家而言，区分这3种亚基因组之间的基因可谓是一项挑战。

由此产生的42条染色体上也充斥着重复的DNA序列，从而使短序列片段拼接成一个连贯的整体变得非常困难。这项任务非常艰巨，研究人员曾认为他们需要针对靶序列手工分离单个染色体。

国际小麦基因组测序联盟执行主任Kellye Eversole指出，第一个完整的植物基因组序列于2000年测定完成。这一拟南芥基因组比普通小麦21个染色体对中的任意一个都要小。总的来说，小麦基因组包含有170亿个碱基——这一数值是人类基因组的5倍，以及约124000个基因。

国际小麦基因组测序联盟在论文中介绍说，他们对一种叫作“中国春”的小麦品种的每个染色体臂进行了分离、测序及组装，绘制完成了普通小麦的基因组草图。在这张草图中，研究人员可以“精确定位”12万多个基因，这些基因中有许多在农业上与谷物品质、病虫害抗性或环境耐受性等具有重要意义的特性相关。

同期《科学》杂志还发表了另一篇论文，公布了小麦最大的染色体——3B染色体的第一条参考序列，这为小麦其余染色体的测序提供了概念验证与模板。

小麦培育者表示，该基因组序列草图已经产生了影响。“这是一个游戏规则的改变者。”并未在该测序联盟任职的美国加利福尼亚大学戴维斯分校小麦研究人员Jorge Dubcovsky表示：“它将加速识别重要农作物基因的所有项目。”

农学家如今正面临提高小麦产量从而与不断增长的人口需求相匹配的压力，同时还需要抵御气候变化对作物产生的影响。

普通小麦种植广泛，是全球约30%人口的主粮。随着全球人口2050年预计达到90亿，有预测称普通小麦须增产70%才能满足未来需求。但普通小麦有21条染色体，每条染色体都大而复杂，其中最大的3B染色体有约8亿个遗传密码“字母”，是水稻整个基因组的近3倍大，所以破译3B染色体与小麦基因组是一项“极其复杂的任务”。

国际小麦基因组测序联盟于2005年成立，在50多个国家和地区拥有会员。该机构联合主席Catherine Feuillet说，普通小麦基因组草图和3B染色体第一条参考序列的公布，是一个“了不起的里程碑”，“我们现在已知如何获得其余20条染色体的参考序列，希望能获得足够的资源在未来3年内实现这一目标”。

该联盟在一份声明中说，这一成果将会带来“新一代更加高产和更可持续性的小麦品种，在变化的环境中满足人口增长的需求”。

此前，三大粮食作物中的水稻和玉米的基因组测序工作已分别于2002年和2009年完成。（赵熙熙）