小麥代碼終于被破解了

今天在國(guó)際期刊“科學(xué)”雜志上，國(guó)際小麥基因組測(cè)序協(xié)會(huì)(IWGSC)公布了世界上種植面積最廣的面包小麥基因組的詳細(xì)描述。這項(xiàng)工作將為生產(chǎn)更適應(yīng)氣候挑戰(zhàn)的小麥品種鋪平道路，提高產(chǎn)量，提高營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量和改善可持續(xù)性。

該研究文章由來自20個(gè)國(guó)家的73個(gè)研究機(jī)構(gòu)的200多名科學(xué)家撰寫，介紹了面包小麥品種中國(guó)春的參考基因組。沿21條小麥染色體排序的DNA序列是迄今為止小麥產(chǎn)生的最高質(zhì)量的基因組序列。這是13年國(guó)際合作研究的結(jié)果。

作為糧食安全的關(guān)鍵作物，小麥?zhǔn)侨蛉丝谌种灰陨系闹魇?，占全球人類消耗的卡路里和蛋白質(zhì)總量的近20%，超過任何其他單一食物來源。它還是維生素和礦物質(zhì)的重要來源。

為了滿足到2050年預(yù)計(jì)世界人口96億的未來需求，小麥生產(chǎn)力每年需要增加1.6%。為了保護(hù)生物多樣性，水和養(yǎng)分資源，這一增長(zhǎng)的大部分必須通過目前種植的土地上的作物和性狀改良來實(shí)現(xiàn)，而不是將新的土地用于種植。

隨著參考基因組序列的完成，育種者可以使用新的工具來應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。他們將能夠更快地識(shí)別復(fù)雜農(nóng)藝性狀的基因和調(diào)控元素，如產(chǎn)量，谷粒質(zhì)量，抗真菌病和對(duì)非生物脅迫的耐受性，并產(chǎn)生更強(qiáng)壯的小麥品種。

“小麥基因組序列讓我們可以看到小麥引擎，”墨爾本大學(xué)教授和默多克大學(xué)教授，AgriBio研究員Rudi Appels說。“我們看到的是精美的結(jié)合在一起，通過選擇允許變異和適應(yīng)不同的環(huán)境，以及足夠的穩(wěn)定性，以維持在各種氣候條件下生存的基本結(jié)構(gòu)。”

預(yù)計(jì)高質(zhì)量參考基因組序列的可用性將在未來幾十年促進(jìn)小麥的改良，其益處類似于在其參考序列產(chǎn)生后用玉米和水稻觀察到的益處。

“你如何感謝堅(jiān)持并成功對(duì)小麥基因組進(jìn)行測(cè)序并永遠(yuǎn)改變小麥育種的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)?”內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校教授和內(nèi)布拉斯加州小麥種植者總統(tǒng)主席Stephen Baenziger說。“也許這不是科學(xué)家的話，而是富裕的兒童和他們的家庭的微笑，他們的生活已經(jīng)變好了。”

對(duì)面包小麥基因組進(jìn)行測(cè)序長(zhǎng)期以來被認(rèn)為是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)，因?yàn)槠渚薮蟮某叽?- 比人類基因組大五倍 - 復(fù)雜性 - 面包小麥有三個(gè)亞基因組，超過85%的基因組由重復(fù)元素組成。

“IWGSC執(zhí)行主任Kellye Eversole解釋說：”小麥參考基因組的出版是許多人在IWGSC的旗幟下聚集在一起，做出被認(rèn)為不可能的工作的高潮。“制作參考序列的方法以及該聯(lián)盟的原則和政策為大型復(fù)雜植物基因組的測(cè)序提供了模型，并重申了國(guó)際合作對(duì)促進(jìn)糧食安全的重要性。”

小麥參考序列的影響在科學(xué)界已經(jīng)具有重要意義，例如在同一天出版的另外六篇出版物描述和使用參考序列資源，一篇出現(xiàn)在同一期“科學(xué)”雜志上，一篇刊登在“科學(xué)進(jìn)展”雜志上。和四個(gè)在基因組生物學(xué)。此外，自2017年1月向科學(xué)界提供資源以來，已發(fā)表了100多篇參考參考序列的出版物。

除了21條染色體的序列外，“科學(xué)”雜志還提供了107,891個(gè)基因和400多萬個(gè)分子標(biāo)記的精確定位，以及基因和含有影響基因表達(dá)的調(diào)控元件的標(biāo)記之間的序列信息。

IWGSC通過使用經(jīng)典的物理映射方法和最新的DNA測(cè)序技術(shù)將過去13年中產(chǎn)生的資源結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了這一結(jié)果。使用高效算法在21條染色體上組裝和排序序列數(shù)據(jù)，并用專用軟件程序鑒定基因。

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