尋回“遺失”基因讓小麥高大高產(chǎn)

一種從未被報道過的小麥增產(chǎn)基因被發(fā)現(xiàn)，在田間測產(chǎn)中，攜帶該基因的小麥相比對照組，產(chǎn)量提升了11.9%。近日，《科學》雜志在線發(fā)表了這一發(fā)現(xiàn)，同期發(fā)表的還有荷蘭瓦赫寧根大學分子生物學實驗室G·威爾瑪·范·埃斯博士對該發(fā)現(xiàn)的展望文章，文章指出，該基因的發(fā)現(xiàn)，“是提高谷物產(chǎn)量的里程碑”，“提供了一條最大化小麥產(chǎn)量的新途徑”。

2022年4月18日，論文通訊作者、美國俄克拉荷馬州立大學小麥分子遺傳實驗室教授嚴六零告訴新京報記者，這一基因的發(fā)現(xiàn)，為小麥乃至水稻、大麥等育種提供了新的選擇，在未來，小麥或許也可以有“禾下乘涼”的一天。小麥中有數(shù)萬乃至十多萬個基因，全基因測序的實現(xiàn)，使得人們知道了這些基因。但它們各自發(fā)揮著怎樣的作用，仍需要逐一鑒定，這顯然不是一代人或幾代人能完成的任務。

此次新發(fā)現(xiàn)的增產(chǎn)基因，源于2014年開始的一項提高小麥產(chǎn)量的研究項目。最初，他們選擇了兩種小麥材料CItr 17600和揚麥18，作為親本進行雜交，目的是改良小麥的穗型，想要增加小穗數(shù)，以此提高小麥的產(chǎn)量。一個麥穗有多個小穗，一個小穗可結(jié)一兩個至多個種子。“產(chǎn)量包括三個重要因素，包括穗數(shù)、每穗種子數(shù)和種子重量等，”該論文共同第一作者南京農(nóng)業(yè)大學教授賈海燕說，“現(xiàn)實中，這些因素在一定幅度范圍內(nèi)呈負相關的關系。在育種時，通過遺傳因素改良穗型和株型，進而提高作物產(chǎn)量，是一條有效途徑，但實現(xiàn)該目標非常具有挑戰(zhàn)性”。在最初的實驗中，科學家們將雜交獲得的材料進行了遺傳學定位，定位到了一個特別的基因--TaCol-B5。“對這個基因進行克隆和鑒定后發(fā)現(xiàn)，它不僅提高小穗數(shù)，還增加穗數(shù)、粒數(shù)等，一個基因有多個效應。該基因是首次被科學界報道。在此之前，人們不知道這個基因有什么功能。在四倍體的小麥中，發(fā)現(xiàn)了這一基因。這說明在以前的小麥中，是含有這個基因的，只是栽培育種的過程中，許多小麥“遺失”了它。是什么原因造成了這一基因的“遺失”，科學家們猜測，可能和過去雜交育種時，在選擇表型中的愛好有關，這或許要追溯到上世紀五六十年代的“綠色革命”。“綠色革命”是發(fā)生在小麥、水稻等主要糧食作物育種中的一次歷史性進步，其中，作物矮稈化是“綠色革命”最典型的特征之一。小麥是人類最重要的主糧之一，全球每年的小麥產(chǎn)量，接近7.8億噸，占全部糧食產(chǎn)量的20%以上。在中國，小麥也是兩大口糧之一，小麥的增產(chǎn)，對全球糧食供給意義重大，也是育種家們長期以來孜孜不倦的追求目標。新基因的發(fā)現(xiàn)，給育種者提供了一種選擇，一個新的機制，讓更多的育種者可以利用這個基因，培育更高產(chǎn)的品種。