面食習慣能否影響小麥育種？北京時間11月28日，《自然》雜志發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所小麥基因挖掘與利用創(chuàng)新團隊領銜的一項最新成果，該成果證實了這一猜想。
小麥是我國僅次于水稻的主糧作物。論文通訊作者、中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所研究員張學勇在接受科技日報記者采訪時表示，小麥是異源六倍體作物，其基因組由三個功能相似但有所差異的亞基因組組成，這些亞基因組之間可以發(fā)生染色體互換，從而賦予了小麥基因組高度的可塑性和韌性，能夠更好地耐受基因或染色體片段的丟失、重復、倒位、易位等結構變異沖擊。對具有代表性小麥品種的基因組進行系統(tǒng)分析，揭示其基因組水平的演進規(guī)律，對未來小麥育種具有重要指導意義。
“該研究從頭組裝了中國近70年育種史上17個代表性品種染色體水平的高質量基因組，從基因組水平指出，我國小麥現(xiàn)代品種保持了較高的多樣性，地域飲食習慣與降雨量共同造就了小麥北‘硬’南‘軟’。此外，研究證實了小麥的‘冬性’，即需要經(jīng)歷較長時間的低溫春化階段才能抽穗的特性，是由‘春性’，即對春化溫度要求范圍較寬、春季播種即可抽穗的特性演變而來。”張學勇說。
我國小麥現(xiàn)代品種保持了較高的多樣性
在過去70年中，中國小麥品種的產(chǎn)量水平提高了6-8倍，育成品種超過5000個，其中國審品種約3500個。
與其他國家品種相比，我國品種表現(xiàn)出更好的多樣性
“研究人員分析了中國小麥品種中基因組的變化，發(fā)現(xiàn)這17個中國小麥品種展現(xiàn)出高于全球其他國家近30年育成品種的多樣性。”張學勇表示，這與我國氣候多樣有關，同時小麥商業(yè)化育種發(fā)展相對較慢，一定程度也保留了品種的遺傳多樣性、維持小麥在生產(chǎn)上的韌性。這為未來作物育種的調整提供了參考。
小麥的“冬性”由“春性”演化而來
小麥“春性”與“冬性”的轉變和演化，是小麥進化研究中一個懸而未決的科學問題。
張學勇介紹，研究團隊通過分析春化基因VRN-A1拷貝數(shù)變異情況（即該基因在基因組中出現(xiàn)的次數(shù)變化），發(fā)現(xiàn)小麥的祖先種如野生四倍體、栽培四倍體完全是“春性”類型，基本只攜帶一個拷貝；而普通小麥中出現(xiàn)“冬性”突變和VRN-A1基因的拷貝數(shù)變異，繼而呈現(xiàn)“冬性”—即抗寒性強弱的變化。
小麥品種VRN-A1的拷貝數(shù)變異與從“春”向“冬”的演變過程
“研究還發(fā)現(xiàn)，我國地方品種大多為三次拷貝的VRN-A1，而現(xiàn)代品種多為兩次拷貝的VRN-A1，現(xiàn)代品種中該基因拷貝數(shù)的降低可能與最近100年氣候變暖密切相關。這解釋了地方品種和現(xiàn)代育成品種對環(huán)境變化的高度適應性，為小麥為何能在全球分布如此廣泛提供了新的理論支持。”張學勇說。
小麥地域飲食習慣潛在造就了北“硬”南“軟”
小麥籽粒硬度是影響面團結構的重要遺傳因素。研究團隊發(fā)現(xiàn)，受Ha基因座兩個基因同時控制，與小麥面粉的出粉率、研磨品質和食品加工品質密切相關。
張學勇表示，研究發(fā)現(xiàn)Ha基因突變或丟失，品種籽粒就會變硬，更適合制作烘焙類食品，反之更適宜于加工比較松軟的饅頭、蛋糕等食品。
籽粒硬度基因的變異和地域習慣密切相關
“在長期人工選擇和自然選擇雙重作用下，Ha基因座的變異分布存在一定的規(guī)律性，即我國西北、華北小麥品種含Ha基因突變的頻率顯著高于東南、西南地區(qū)小麥品種，這與我國居民‘北硬’‘南軟’的飲食習慣密切相關。如北方喜歡吃鍋盔、咀嚼感很強的面條，而東南居民喜歡松軟的面食品如饅頭、蛋糕。可見人們對面食的喜愛很大程度上潛移默化中影響著本地區(qū)小麥育種對Ha基因型的選擇。”張學勇說。
（中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所供圖）
