《Nature Biotechnology》DNA测序帮助科学家找到了现代面包小麦的未知祖先

　　

   

   

研究人员在伊朗西部扎格罗斯山脉中部的野生小麦亲属寻找之旅

基因探测工作发现了现代面包小麦的一个不知名的祖先，这一发现类似于通过对人类的DNA分析发现一个著名的失散已久的亲戚。

在《Nature Biotechnology》杂志上发表的一项研究中，研究人员对几十年来从土耳其到中亚各地收集到的242种独特的小麦山羊草（Aegilops tauschii）进行了DNA测序。

Kumar Gaurav博士领导的群体基因组分析表明，在高加索地区——距离最初种植小麦的肥沃新月约500公里——一个横跨现代伊拉克、叙利亚、黎巴嫩和巴基斯坦的地区——存在着一个独特的Aegilops tauschii血统，仅限于今天的格鲁吉亚，巴勒斯坦、以色列、约旦和埃及。

《Nature Biotechnology》这项研究的第一作者Kumar Gaurav博士说：“发现这种以前未知的面包小麦基因组的贡献，类似于发现尼安德特人DNA渗入非洲以外的人类基因组。”

“这很可能是通过在肥沃新月之外进行杂交而发生的。这组格鲁吉亚品种形成了一个独特的谱系，通过在DNA中留下足迹而形成了小麦基因组。”

这项发现来自一项重大的国际合作，该合作旨在通过探索面包小麦的野生近亲Aegilops tauschii中有用的遗传多样性来改良作物。开放野生小麦联盟汇集了来自17个国家的38个研究小组和研究人员。

堪萨斯州立大学Jesse Poland博士团队的进一步研究发表在《Communications Biology》的一篇配套论文中，研究表明，在现代面包小麦中发现的Aegilops tauschii DNA中含有一种基因，该基因赋予面团更高的强度和弹性。

Poland博士说：“我们惊奇地发现，这一血统为优质面团提供了最著名的基因。”

研究人员推测，这一新发现的谱系可能在过去在地理上更广泛，它可能在上一个冰河时代作为避难种群分离。

在回顾所有使这项工作成为可能的因素时，该研究的通讯作者Brande Wulff博士评论道:“五六十年前，当我们还不太了解DNA的时候，我的科学家前辈正在穿越中东、叙利亚和伊拉克的扎格罗斯山脉。他们在收集种子，也许想到有一天这些种子可以用来改良小麦。现在，我们即将释放这种潜力，对我来说，这是非常令人兴奋的。”

解读小麦复杂的基因组

现代“六倍体”小麦是一种复杂的遗传组合，由不同的禾本科植物组成，具有巨大的遗传密码，分为A、B和D亚基因组。六倍体小麦占所有栽培小麦的95%。六倍体意味着DNA包含六组染色体——每对三对。

通过自然杂交和人类栽培相结合，Aegilops tauschii为现代小麦提供了D基因组。D基因增加了制作面团的特性，使面包小麦能够在不同的气候和土壤中生长。

现代六倍体面包小麦的起源长期以来一直受到密切关注，考古学和遗传学证据表明，第一批小麦是10000年前在肥沃新月地区种植的。

驯化在提高产量和农艺性能的同时，也造成了一个明显的遗传瓶颈，破坏了Aegilops tauschii的抗病性和耐热性等保护性性状的遗传多样性。

Gaurav博士和研究小组进行的分析表明，只有25%的Aegilops tauschii遗传多样性形成了六倍体小麦。为了探索野生基因库中的这种多样性，他们使用了一种称为关联作图的技术来发现抗病虫害抗性、产量和环境恢复力的新候选基因。

“以前我们仅限于探索抗病基因的一小部分，但在目前的研究中，我们已经生成了数据和技术，对物种多样性进行了无偏见的探索。”

进一步的实验证明，利用遗传转化和常规杂交，将这些性状子集的候选基因转移到小麦中——由合成小麦文库提供便利——特别培育的材料，其中包含了Aegilops tauschii基因组。

这一公开的合成小麦文库捕获了所有三个已知的Aegilops tauschii谱系中70%的多样性，使研究人员能够在六倍体小麦的背景下快速评估性状。

Wulff博士说：“我们的研究提供了一条端到端的管道，用于快速、系统地探索用于改良现代面包小麦的Aegilops tauschii基因库。”

1.Population genomic analysis of Aegilops tauschii identifies targets for bread wheat improvement

2.High molecular weight glutenin gene diversity in Aegilops tauschii demonstrates unique origin of superior wheat quality