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野生小麦基因组序列为提高未来粮食产量及安全开拓“时间隧道”

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NRGene

Wild Emmer Wheat 3

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Credit: © Energin .R Technologies 2009 LTD. (NRGENE) As the PIO submitting the video, I am authorized by my institution or by the person who owns the video rights to upload the video to be redistributed / reproduced by registered reporters and the public.

研究项目由特拉维夫大学植物科学与食品安全学院及谷类作物发展研究院的Assaf Distelfeld博士主导,联合了数十位不同国家研究机构的科学家以及一家以色列公司——NRGene共同完成,后者开发的生物信息技术大大加快了研究进程。

参与研究的特拉维夫大学George S. Wise生命科学学院院长Daniel Chamovitz博士表示:“这项研究成果是公立机构与私立企业间协力合作的结果。它最终将对全球食品安全与安防产生深远影响。”

“能够如此迅速地生成野生二粒小麦基因组序列,这是基因组学研究向前迈出的一大步。”加拿大萨斯喀彻温大学的Curtis Pozniak博士不但是项目组成员,也是加拿大农业战略研究计划署署长,他说:“全球人类消耗热量的几乎20%来源于小麦。因此,重点关注提高小麦产量及质量,对于未来的食品供给至关重要。”

Distelfeld博士表示:“从生物学与历史学的角度来看,我们开拓出了一条‘时间隧道’,它让我们得以穿越回农业起源之前,研究那时的小麦形态。通过与现代小麦进行对比,我们识别出参与驯化——从野生小麦过渡到多个现代小麦品种的基因。野生小麦的种子能很容易从植株上脱落并散播开,而在种植小麦中的一处基因变化使其种子能保持附着在植株茎部;正是这一遗传性状,让人类能够收割小麦。“

“这一新资源还让我们确定了许多控制小麦其他主要性状的基因。早期人类在驯化小麦的过程中选定了这些性状,它们成为了培育现代小麦品种的基础。”堪萨斯州立大学Eduard Akhunov博士说,“这些基因为未来育种提供了无比珍贵的资源。野生二粒小麦是培育优秀新品种的一大关键,它能提高谷物的营养品质和作物对疾病与缺水环境的耐受力。”

以色列耶路撒冷希伯来大学Zvi Peleg博士解释说:“新的基因组工具已被用于识别能提高小麦在不断变化的环境中产量的变异基因。许多现代小麦品种对缺水环境相当敏感,而野生二粒小麦早已在干旱的地中海气候环境中实现了这一进化。因此,在育种中使用这一野生基因,能提高小麦在缺水环境中的产量。”

“相对于绝大多数的作物而言,小麦基因组是非常复杂的,其规模是人类基因组的四倍。”NRGene公司首席执行官Gil Ronen博士补充道:“即便如此,我们所开发的计算机技术已经能快速地组装出野生二粒小麦所含有的14条染色体中极为庞大与复杂的基因组,且组装结果达到了基因组学研究前所未有的高度。”

人类得以首次破解野生二粒小麦14条染色体的序列,还离不开对DNA及蛋白质链接这一技术的运用。德国利比尼兹植物基因与作物栽培研究所遗传资源基因组负责人Nils Stein博士表示:“该技术一开始被用于检测人类基因,最近又被用于大麦基因组,两者规模皆小于野生二粒小麦基因组。这些创新技术逆转了组装大型谷物基因组难的局面。”

意大利农业研究和农业经济分析委员会(CREA)基因组与生物技术研究中心主任及国际硬粒小麦基因组测序小组协调人Luigi Cattivelli博士说:“此次用于野生二粒小麦的测序方法前无古人,它为硬粒小麦(野生二粒小麦的种植形式)序列排定奠定了基础。现在,我们可以更好地理解人类是如何将这种野生植株转化为一种现代、高产与高品质的作物了。”

“这次野生二粒小麦项目所使用的测序与组装方法,对整个小麦学界有着无法估计的重大贡献,并能大幅提升我们对小麦营养机制的理解。”美国蒙大拿州立大学蒙大拿植物科学讲座教授Hikmet Budak说。

“现在,我们拥有了直接研究作物的工具,它让我们比以往任何时候都能高效地实现科学发现并将其迅速转化运用。”Distelfeld总结道。

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