小麥漫長的馴化過程與人類和環境有何關系？小麥為什么北“硬”南“軟”？冬麥和春麥究竟是如何演化的？中國農業科學院作物科學研究所張學勇團隊聯合國內外研究團隊共同開展的最新研究發現，染色體上跨著絲粒區域是小麥品種分化的核心區域，在基因組水平證實我國小麥現代品種保持了較高的多樣性，地域飲食習慣潛在造就了小麥北“硬”南“軟”，小麥的“冬性”是由“春性”演變而來。相關研究成果于11月28日在線發表于《自然（Nature）》雜志。
我國小麥現代品種保持了較高的多樣性
小麥是人類最早馴化的農作物之一。然而，小麥本身豐富的育成品種和復雜龐大的基因組，一直都是育種理論研究的難題之一。
我國是全球最大的小麥生產國和消費國，育種水平處在全球前列，尤其隨著現代育種技術的發展，小麥品種極大豐富，在過去70年中，中國小麥品種的產量水平提高了6-8倍，育成品種超過5000個，其中國審品種約3500個。
從4年前開始，張學勇和團隊合作者們一起，在對中國近70年育種史分析的基礎上，選擇了17個不同時期、不同區域的代表性品種，進行了染色體水平的高質量基因組重新組裝。在高質量基因組的分析中，研究團隊發現這17個中國小麥品種展現出很好的多樣性。研究推斷，這是由于我國小麥商業化育種發展相對較慢，一定程度保留了其品種的遺傳多樣性、維持了小麥品種較高的韌性。這為未來作物育種管理政策的調整提供了參考。
研究中，科研人員發現一個基因組中的特殊區域，這個特殊區域被稱為“跨著絲粒區域”。在該區域附近的結構變異，顯著影響了小麥基因的重組，而基因重組是生物變異和進化的基礎。這為未來小麥的基因組學輔助育種改良提供了寶貴的基因資源信息，為全球種質資源的整合和利用，支撐未來小麥育種提供了新的視角和策略。
小麥的“冬性”由“春性”演化而來
目前，人類種植的小麥有春小麥、冬小麥，主要區別是能否越冬。當前我國85%的小麥都是冬小麥。然而，小麥起源于兩河流域，氣候溫暖適宜，小麥并不需要太強的耐寒性。那么，在漫長的進化過程中，小麥如何從溫暖地區傳播到寒冷地區的？它越冬的能力是怎樣產生的？
張學勇介紹，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。在研究中，科研人員針對小麥的一個“春化基因”進行了全面分析，進而發現，小麥的祖先種中的野生四倍體小麥，栽培種中的四倍體小麥，完全是“春性”的。而普通小麥中出現“冬性”突變和該“春化基因”的拷貝數變異，繼而呈現“冬性”——即抗寒性強弱的變化。
“這種變化產生的原因，可能和傳播中的環境變化有關。”張學勇說，“當傳播到更加寒冷的地區，如歐洲（西歐、東歐）地區、我國北方等地，小麥在適應環境的過程中，出現了基因變異，進化出了耐寒的能力。尤其是，這種變化仍未停止，研究發現我國地方品種中，該基因大多為三次拷貝，而現代品種多為兩次拷貝，拷貝數的降低，可能與最近100年氣候變暖密切相關?！边@解釋了地方品種和現代育成品種對環境變化的高度適應性及遺傳基礎，為小麥為何在全球分布如此廣泛提供了新的見解。
小麥演化與地域飲食習慣密切相關
在小麥馴化過程中，因為人類的選擇不同，小麥出現了許多新的變化，比如抗病性，這也體現在小麥的基因層面。研究發現，小麥外源染色體片段在快速調整和進化。張學勇進一步介紹說，“比如，一個來自于黑麥的染色體，為小麥提供了重要的抗白粉病、條銹病基因，同時也增加了個體的根量，增強了水肥吸收能力，為小麥產量的提高作出了重要貢獻。”
這種選擇結果，也表現在人們對小麥類型的偏好中。在我國北方，老百姓大多更喜歡較為“筋道”的小麥加工食品，而南方地區則多偏好軟一點的小麥食品。研究發現，小麥籽粒的硬度，是影響面團結構的重要遺傳因素，與小麥面粉的出粉率、研磨品質和食品加工品質密切相關，而它又同時受到兩個特殊基因的控制，“當這兩個基因發生突變或者丟失的時候，籽粒硬度就會增加，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?！睆垖W勇說，“我們在研究中發現，這兩個基因的變異分布，存在一定的規律性，即我國西北、華北小麥品種中，該基因突變的頻率顯著高于東南、西南地區小麥品種，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?！笨梢?，人們對面食的喜愛很大程度上潛移默化地影響著本地區小麥育種的基因選擇。
