更高效的作物能否养活一个不断增长、更温暖的世界?

科学家在寻找高粱基因组中有关更好收成的线索

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在关于种植转基因作物(即转基因生物)安全性的激烈辩论阴影下,传统的杂交育种的潜力在农业界引起了不小的轰动。

最近,一组研究人员仔细研究了高粱的基因组。高粱是一种耐旱的禾本科作物,为亚洲和撒哈拉以南非洲地区的 5 亿人提供食物。与经过超级培育的近亲——玉米、水稻和大豆不同,尽管高粱在 8000 多年前就被驯化,但它仍然以其原始野生品种生长。这种多样性对科学家来说非常珍贵,他们说,将驯养的高粱与野生亲缘杂交可能会产生一种超级作物,能够养活更多的人,抵抗害虫,最重要的是,在气候变化面前茁壮成长。

就像复杂电子设备用户手册中的示意图一样,基因组序列列出了生物体的遗传组成部分——使科学家能够确定其 DNA 的哪些部分负责特定性状。虽然等位基因(或基因的替代形式)控制诸如植物高度之类的特定特征,但一组基因会影响植物对环境压力的反应。“某些理想性状,如耐旱性或抗虫性,在某些物种中不存在,而在另一些物种中存在,但是如果没有访问整个基因组,你就看不到这一点,”澳大利亚昆士兰州农业、渔业和林业部 Emma Mace 说,她是 8 月 27 日发表在《自然通讯》杂志上的一项研究的主要作者。这项工作为有兴趣以传统方式通过理想品系的异花授粉来创造更好作物的研究人员奠定了基础。


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该研究的合著者、昆士兰农业和食品创新联盟的副教授大卫·乔丹说,由于高粱的野生和驯养品种可以成功杂交,未来的高粱种植者可以获得丰富的遗传多样性资源。由此产生的品系可能足够稳定,可以让农民一代又一代地生产它们,而无需返回亲本品系。

与其他流行的粮食作物一样,高粱的驯养品种也屈服于一种被称为遗传瓶颈的趋势,当农民或育种者通过选择诸如更甜的水果或更大的种子等有利性状而大大降低物种的遗传多样性时,就会发生这种情况。但将其中一个驯养版本与野生类型的高粱杂交,另一种品种就诞生了。“这为人们追求尚未充分利用的自然多样性开辟了新的场所,”克莱姆森大学植物育种和遗传学教授斯蒂芬·克雷索维奇说,他没有参与这项研究,但正在与澳大利亚团队合作,进一步研究利用高粱基因组序列信息。

此外,这项研究提供了对遗传多样性如何在生物体内组织起来的见解。克雷索维奇说,找到他所谓的“有用性状的热点”可以帮助科学家不仅创造出更高产的作物,还可以创造出更有效的育种项目。这些信息对于发展中国家的项目特别有用,它可以使科学家在不牺牲对确保作物成功至关重要的多样性的前提下,有针对性地选择他们需要的性状。

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