編譯 聞心

在美國明尼蘇達大學圣保羅校區(qū)邊緣的一個田野里，6名學生和實驗室的技術(shù)人員凝望著昏暗的天空。這場即將來臨的暴風雨可能會使8月的高溫有所緩解，但它卻不利于這些小麥的收獲。他們穿梭于一排排的小麥垅，剪掉了大約100個尖尖的麥穗頭，把它們放在一個塑料容器里，然后帶回到停在田邊的一輛卡車里。他們把谷物包裝好，貼上標簽，裝進卡車里，然后運回詹姆斯·安德森（James Anderson）的實驗室進行分析。

這位長期從事小麥育種的研究者希望能從中找到一種小麥種子：沒有白堊狀的白色真菌（這種真菌分泌的毒素會導致小麥鐮刀菌枯萎?。?。進而尋找新的基因，使小麥能夠抵抗世界上最具毀滅性的植物病害之一。安德森負責該大學的小麥育種項目，這是美國致力于通過傳統(tǒng)育種來改善作物的幾十個育種項目之一。由于基因技術(shù)的發(fā)展，這樣的項目也越來越多了，而安德森可以利用的研究工具也日益增多。

在近期發(fā)表的一份研究報告中，一個由200多名研究人員組成的國際團隊展示了第一個高質(zhì)量、完整的面包小麥基因組序列。就像一幅巨大的基因組物理圖譜——小麥的DNA比人類多5倍——完整注釋的序列涉及107 000個基因位點，21條染色體展示了400多萬個基因標記。對于養(yǎng)活了世界1/3人口的農(nóng)作物來說，這是一個里程碑事件，與9 000年前人類首次種植小麥的那一天一樣，有著同樣的劃時代意義。

國際小麥基因組測序聯(lián)盟（IWGSC）是一個公私合作的研究團隊，組建于2005年。通過十多年的努力，完成了這個序列的繪制。該團隊的負責人凱勒葉·埃弗索爾（Kellye Eversole）說：“我們認為，讓育種者利用我們提供的信息來研發(fā)更適合當?shù)氐钠贩N，是未來養(yǎng)活人口的基礎(chǔ)。”

像安德森這樣的育種項目一直在尋找小麥新品種，以滿足種植者面臨嚴峻的經(jīng)濟和環(huán)境變化的需求。2011年發(fā)表于《科學》雜志的一項研究表明，氣溫上升已經(jīng)導致小麥產(chǎn)量下降。而最近在《自然》雜志上發(fā)表的一項研究表明，這種趨勢只會變得更糟，溫度每上升1華氏度就會導致小麥產(chǎn)量下降5%。

那么，什么樣的性狀能使小麥變得更好呢？炎熱氣候條件下的生長能力是一種優(yōu)勢，還要有較強的抗病性。但是種植者還關(guān)心其他方面。安德森說：“在選擇品種時，他們首先考慮的是產(chǎn)量，其次是耐倒伏性，再次是蛋白質(zhì)含量?！庇N者必須謹慎地把握這些特征，并和其他特征進行平衡，比方營養(yǎng)。

在安德森的實驗室里，研究的重點是赤霉病抗性，這意味著需要在試驗田中噴灑真菌孢子，并觀察哪些單株不會死亡。在3年前，他開始使用基因測序技術(shù)來幫助培養(yǎng)更多的幸存單株。

他的研究團隊在試驗田收獲了所謂的“訓練種群”：500棵被選單株可反映一個總數(shù)為2500棵的種群（它們的基因組測序已經(jīng)完成）。通過遺傳數(shù)據(jù)與實際表型特征結(jié)合起來，安德森可以更好地預測哪些植物將有最好的抗病能力，以及哪些遺傳序列會賦予這種表型特征。

近期公布的這一序列，涵蓋了94%的基因組（更早的版本為61%），更有助于將特定的性狀與特定的基因聯(lián)系起來，從而著手對其調(diào)整。

接下來的問題是，如何進行調(diào)整？與玉米、大豆和油菜不同，目前還沒有人將轉(zhuǎn)基因小麥商業(yè)化。安德森曾與孟山都公司合作開發(fā)一種抗“農(nóng)達”小麥（抗除草劑轉(zhuǎn)基因小麥），但這家跨國公司在2004年退出了這一合作關(guān)系。安德森說：“這主要受文化影響，當時的世界還沒有準備好接受，而現(xiàn)在大概還是這樣?！遍L久以來，美國小麥的一些最大進口國——歐洲和日本——一直是對轉(zhuǎn)基因食品持敵對態(tài)度的國家。

像CRISPR、鋅指和TALENs這樣的新技術(shù)也面臨著同樣的文化阻力，或者像第一代轉(zhuǎn)基因生物一樣，也要面臨各種繁文縟節(jié)。不過，美國農(nóng)業(yè)部于2018年3月宣布，不再對基因編輯技術(shù)導致突變的農(nóng)作物進行監(jiān)管，因為這類突變類似傳統(tǒng)育種過程，只要沒有遠距離引入遺傳物質(zhì)，就可不用監(jiān)管。

新的基因圖譜將加速新型轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的研發(fā)，不僅限于傳統(tǒng)育種項目的作物。就像大多數(shù)基因組工作一樣，新的小麥基因組圖譜為未來研究提供了足夠的支撐和細節(jié)。

資料來源 Wired