小麥如何走向全球，成為人類的主糧 | 前沿

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古埃及壁畫上收割麥子的場景，pinterest.com

撰文 | 馮 梟

責編 | 葉水送

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小麥是一種在世界各地廣泛種植的糧食作物。縱觀全球，它們往往被磨成麵粉或加工成食物，供人們食用，尤其是在中國北方及歐美地區，小麥是碳水化合物的重要來源。

小麥為人類提供了膳食纖維和多種營養物質。同時，它也是食物中植物蛋白的主要來源之一，近13％的蛋白質含量，使之在與其他主要食物競爭中脫穎而出。

大約在1萬年前，小麥於中東的新月沃土地區

（Fertile Crescent）

被馴化，馴化主要與小麥種子的休眠、穗粒形態、籽粒萌發等有關。

落粒性

（shattering）

是糧食作物非常重要的性狀，也是一個關鍵的馴化性狀。野生型植株由於對環境的長期適應，往往具有落粒的特性，也就是種子成熟後會散落到土壤中，進而增加其繁殖後代的能力。

相對於野生型小麥，栽培作物往往具有落粒抗性，這避免了因落粒造成的糧食損失減產。可以說，植物中落粒性狀的馴化在人類文明史上具有重要意義，小麥也不例外。野生小麥的穗粒常常會在成熟期破碎，而大部分馴化的小麥穗粒卻能夠保持完整，這就使得收穫更加容易，產量更加豐厚。

那麼馴化小麥落粒抗性背後的機制又是怎樣的呢？

為了揭示小麥在馴化過程中基因的改變與演化情況，更好地了解現代小麥

（當前重要的小麥類經濟作物）

的生物學特性，一個由多國科學家組成的研究團隊測序組裝了它的異源四倍體祖先——野生二粒小麥

（wild emmer wheat, WEW）

的全基因組，並展開了一系列研究，相關的研究成果於7月7日在國際頂級學術雜誌《科學》(Science）上發表。

由於野生二粒小麥是由多個祖先雜交產生，其基因組是幾個基因組的複合體，大小相當於人類基因組的3~5倍，較為複雜。研究人員選取了野生二粒小麥「Zavitan」進行下一代測序，獲得高質量的序列數據，並利用染色質構象捕獲技術及其衍生技術

（Hi-C），

重建野生四倍體小麥的14條染色體。

為了更好地注釋已完成組裝的基因組，研究人員還測定了不同組織、在不同發育時間的轉錄組數據。

通過將馴化小麥中與落粒性狀相關的基因與野生小麥中的相應基因進行比較，發現馴化小麥中名為Brittle Rachis 1

（TtBtr1）

的一類基因

（包括TtBtr1-A和TtBtr1-B）

發生了改變，並失去功能，後續的功能實驗也證實了這一點。

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不同小麥穗粒易碎情況（即落粒性），來源：Science

當這些基因中某一個基因恢復正常時，小麥就呈現出獨特的穗粒，穗粒前半部分是易碎的，而後半部分則不是。這些結果表明，這類基因在幫助小麥獲得落粒抗性方面起著一定的作用，這為提高這一關鍵糧食作物的產量和質量提供了思路。

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小麥為人類提供了豐富而多樣的食物，圖片來自wikipedia.org

這項研究不僅提供了高質量的小麥全基因組數據，而且還從基因組水平推動了小麥的遺傳學研究，在應對全球氣候變化，促進農業發展等方面，具有重要的意義。

參考資料

[1] Avni et al. Wild emmer genome architecture and diversity elucidate wheat evolution and domestication. 2017. Science.

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Wheat

製版編輯：常春藤

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