本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点。
"小麦P1210892"，版权 © 2007 David Monniaux - 个人作品。根据CC BY-SA 3.0许可通过Wikimedia Commons发布。
昨天，科学家在《科学》杂志上发表的四篇论文中宣布，面包小麦（Triticum aestivum）的基因组草图已被解码和绘制。 小麦和大麦是大约一万年前文明在新月沃土和埃及兴起所依赖的作物。 借助这些草类和野生酵母，人类创造了面包和啤酒，并且很少回头（禁酒令和当前的无麸质饮食热潮是值得注意的例外）。 我在国家地理上报道了这个故事。
关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。 通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
美国农业部位于堪萨斯州曼哈顿的硬粒冬小麦遗传学研究部门的监管研究植物病理学家Robert Bowden告诉我，基因组的内容并不令人意外。 他说，出乎意料的是基因组告诉科学家关于小麦进化的信息，正如Marcussen等人与基因组同时发布的第二篇论文中所详述的那样。
Bowden说：“在基因组中，‘我们发现了几乎和我们预期的一样多的东西。’ 第二篇论文才是真正令人震惊的，因为我们认为我们已经非常了解小麦的进化了。”
事实上，科学家们确实非常了解小麦的进化。 但是，由于缺乏小麦化石以及难以处理的庞大且重复的小麦基因组（该基因组一直难以测序），他们并没有了解所有情况。 您可以在国家地理上阅读更多关于这个故事的内容。
例如，科学家们早就知道小麦是三重“多倍体”，是三种亲本小麦物种的杂交体，它们通过两次生物学上的偶然事件将两个基因组合并为一个，产生了二粒小麦或硬粒小麦（今天主要用于意大利面，尽管古代人可能用于不同的目的），然后将两个合并为三个，产生了面包小麦，其基因组是其祖先基因组的三倍大。 您可以在我在此处撰写的关于植物多倍性的博客文章中阅读更多关于这个过程的信息。
但是，如果没有基因组图谱，回答关于三种亲本小麦物种如何相互关联（它们可能是近亲）的问题几乎是不可能的。 后来，面包小麦基因组草图问世，突然之间，许多事情都成为可能。
挪威生命科学大学的Thomas Marcussen、Odd-Arne Olsen和Simen Sandve以及他们在挪威、德国和英国的同事最初着手确定两次已知的多倍体事件的年代，并找出三种小麦亲本植物是如何相互关联的——由于化石和基因组的空白，这个话题在一段时间内一直备受争议。 他们预计会出现一个分叉树，其中两个亲本物种——他们不确定是哪两个——彼此之间的关系比第三个更密切。 然而，他们发现情况更加复杂。 在小麦的过去，似乎不是两次杂交，而是三次。
Sandve说：“根据我们的数据，我们真的无法构建一个看起来像正常分叉树的模型。 我们必须尝试将其构建成一个网络，以创建一个适合数据的进化模型。”
小麦亲本植物Triticum urartu和Aegilops speltoides与亲本#3 Aegilops tauschii 的亲缘关系同样密切，并且与A. tauschii 的亲缘关系比彼此更密切。 只有当T. urartu 和 A. speltoides 的祖先通过称为单倍体杂交的过程杂交产生A. tauschii 的祖先时，这一切才说得通。 这种类型的杂交只能发生在两个非常 близко 相关的物种之间。 当一个物种的正常卵细胞遇到另一个物种的正常精子细胞，并且这两个物种的亲缘关系不是那么远，以至于精子无法使卵子受精时，就会发生这种情况。 一个熟悉的例子是骡子的产生，骡子是由驴和马——两个不同的物种——交配产生的。 在这种情况下，骡子通常是不育的，但在小麦的情况下，A. tauschii 显然是可以正常繁殖的。
简而言之，小麦的家谱开始看起来与哈布斯堡家族' 惊人地相似。
“这很复杂”：小麦错综复杂的家谱。 AA = T. urartu，BB = Ae. speltoides，DD = Ae. tauschii。 AABB = 二粒小麦/硬粒小麦 (T. turgidum)，AABBDD = 现代面包小麦，T. aestivum。 第一次物种形成事件是同倍体杂交，第二次和第三次是多倍体杂交（如染色体拷贝数增加所示）。 图片显示了与各自物种密切相关的现存小麦。 圆圈表示数百万年前的杂交日期。 连接A和B到D的线是这里的新内容。 图3来自Marcussen等人，2014年。单击图片查看来源。
Sandve说，这项发现与其他植物（如向日葵）的数据相符，这些数据似乎表明，这种似乎产生了 A. tauschii 的直接杂交——称为同倍体杂交——在植物中可能比以前认为的更常见。
Bowden说，他对这些结果感到惊讶。 “小麦进化过程中不是发生两次杂交物种形成事件，而是发生了三次，这令人震惊。 我认为没有人预料到这一点，”他说。“如果这是真的，我认为这是真的，这是一个非常非常出乎意料的结果，它显示了这种分析方法以及利用[基因组草图]产生的所有数据的力量。”
他说，他们将不得不重新思考如何挖掘 A. tauschii 基因组，以获得对新小麦品种有用的性状。 他说，尽管它无疑仍然包含有价值的性状，但它远没有他们想象的那么古老或独立于 T. urartu 和 A. speltoides 亚基因组。
此外，从进化的角度来看，他说，有趣的是，祖先 T. urartu 和 A. speltoides 基因组以两种不同的方式杂交了两次——一次是形成同倍体杂交种 A. tauschii，一次是以多倍体方式产生二粒小麦/硬粒小麦 (T. turgidum)。
他说：“非常有趣的是，这两种不同的事件最初发生在相同的两个物种身上。 这也说明‘哇，这不是很罕见。 它仅在小麦的进化过程中就发生了三次！’”