看似普通的小麥，這次卻搞出了大動(dòng)靜，登上全球科學(xué)界的關(guān)注榜。

20余個(gè)國家、70多家機構，200多位科學(xué)家，在國際小麥基因組測序聯(lián)盟(IWGSC)的牽頭下，花費13年時(shí)間，才終于完成了這部令人驚嘆的“密典”——這就是世界上首個(gè)完整版六倍體小麥“中國春”的基因組圖譜。

這項被澳大利亞墨爾本大學(xué)小麥育種專(zhuān)家魯迪·埃培爾斯評價(jià)為“征服了遺傳學(xué)‘珠穆朗瑪峰’”的研究成果，8月17日被全世界最權威的學(xué)術(shù)期刊之一《科學(xué)》在線(xiàn)發(fā)布。

一部小麥基因的“密碼本”，究竟有些什么內容？為何能引發(fā)如此關(guān)注？它又能用來(lái)做些什么？西北農林科技大學(xué)旱區作物逆境生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室的宋衛寧教授團隊，是參與這一基因組圖譜破譯工作的唯一中國團隊。

“這一研究的意義，類(lèi)似對人類(lèi)基因密碼的破解：有了小麥的基因組圖譜，小麥的育種、遺傳研究，就可以向前推進(jìn)一大步?！彼涡l寧告訴中國青年報·中青在線(xiàn)記者：小麥倒不倒伏、耐不耐旱、種子是大還是小、營(yíng)養價(jià)值高不高，“都和它有關(guān)”。

小麥是世界上種植最廣泛的谷物之一。人們用它來(lái)加工面包、饅頭、面條、啤酒等，養活了世界上40%的人口。尤其是在中國，這個(gè)世界最大的小麥生產(chǎn)與消費國，年種植小麥面積有2400萬(wàn)公頃左右、產(chǎn)量近1.3億噸。

然而很多人并不知道，與人類(lèi)關(guān)系如此密不可分的小麥卻有著(zhù)極其特殊的身份：它是唯一一個(gè)尚未完成全基因組測序的物種。

究其原因，有些意外：看似普通的小麥，其基因組的體量卻非常龐大——是人類(lèi)基因組的5倍、水稻基因組的40倍。同時(shí)，作為典型的異源多倍體，小麥基因組內的重復序列極高——包含3套非常相似的染色體,“破譯難度非常之巨大”。

正因如此，“小麥基因組測序”曾被媒體戲稱(chēng)為“噩夢(mèng)般的挑戰”。就連IWGSC執行主任凱利·埃弗索爾也在一份公開(kāi)聲明中表示：繪制小麥基因組圖譜，曾被視為“不可能完成的任務(wù)”。

對于研究者來(lái)說(shuō)，基因組圖譜的缺乏就像橫亙在兩座山峰間的“天塹”，使得小麥育種者很難跟蹤小麥基因的“代序傳遞”。而對試圖改變其特定DNA序列的基因工程師，更是“老虎吃天，無(wú)處下爪”。

2005年，IWGSC向這一難關(guān)發(fā)起挑戰。2006年，宋衛寧教授加入攻關(guān)“艦隊”。

這樣的國際性研究，為何選定“中國春”品種？宋衛寧介紹，“中國春”是種植在四川省成都平原的一個(gè)地方品種。早在20世紀初，通過(guò)傳教士傳入西方。上世紀四五十年代，美國著(zhù)名學(xué)者西爾斯通過(guò)研究，從“中國春”衍生出一系列小麥染色體材料。

“這使得‘中國春’成為小麥遺傳學(xué)最重要的遺傳材料和工具，促進(jìn)了小麥細胞遺傳學(xué)的大發(fā)展?！币舱虼?，小麥成為那個(gè)年代的模式作物，同時(shí)也直接推動(dòng)了黑麥、大麥、燕麥等其他物種的遺傳研究。

在各國科學(xué)家努力下，一項又一項令人振奮的成果先后面世。事實(shí)一次次證明：“珠峰”也并非高不可攀。

事實(shí)上，在小麥測序研究領(lǐng)域科學(xué)家們的不斷努力下，令人振奮的成果也一項項先后問(wèn)世：2008年，法國農科院研究團隊發(fā)布了小麥染色體中最大的一條——3B染色體的物理圖譜；2013年，中科院遺傳發(fā)育所和中國農科院作物所分別完成小麥祖先A和D基因組草圖；2017年，IWGSC宣布：小麥品系“中國春”染色體物理圖譜構建完成；同年，美國加州大學(xué)戴維斯分校研究團隊獲得小麥祖先D基因參考序列……

對于世界首個(gè)六倍體小麥基因組圖譜來(lái)說(shuō)，由于基因組體量大、重復序列含量高，“不得不采取‘分而治之’的策略?！彼涡l寧表示，“研究所采取的技術(shù)路線(xiàn)，是‘分離染色體—建立BAC(細菌人工染色體)文庫—構建物理圖譜—測序’?！?/span>

首先，依照大小、長(cháng)短，將所有染色體統一進(jìn)行分離?！爸袊骸钡?1條染色體，共分為3組，名為A組、B組和D組。每組內，含有7條染色體，依照數字編碼為1A、2A、3A等。每條染色體，還可拆分為長(cháng)臂和短臂。

染色體的最初分離，與細菌人工染色體文庫的構建，由捷克的研究團隊負責。之后，由IWGSC協(xié)調委員會(huì )牽頭，各國成員依照自身條件“一段段認領(lǐng)”，再分頭完成后續的物理圖譜構建和細菌人工染色體測序(BAC測序)。

最終，20多個(gè)國家的科研人員，分頭完成了物理圖譜的構建。在這一浩大工程中，研究人員整合了21條小麥染色體的參考序列，獲得10.7萬(wàn)個(gè)基因，超過(guò)400萬(wàn)個(gè)分子標記，以及影響基因表達的序列信息。

宋衛寧團隊負責的，是對小麥染色體“7D中長(cháng)臂”的破譯。目前，能夠確定“這條染色體的許多區間，與小麥產(chǎn)量、種子大小、能否抵抗銹病等性狀有著(zhù)密切關(guān)聯(lián)”。

“小麥‘7D中長(cháng)臂’的破譯，是一個(gè)全新探索，沒(méi)有經(jīng)驗可循?！彼涡l寧說(shuō)，僅“7D中長(cháng)臂”染色體的大小，就已相等于整個(gè)水稻的基因組大小。不僅如此，其物理圖譜構建及序列組裝、分析和破譯的工作量，也遠遠超過(guò)了相應的水稻基因組。

“參與此次研究的師生數量，可以坐滿(mǎn)整整一節車(chē)廂?！彼涡l寧打了個(gè)形象的比方。在西北農林科技大學(xué)為團隊提供的科研支持下，團隊成員基本沒(méi)有節假日、寒暑假的概念，全力投入海量數據的測序和破譯工作。

“中國春”基因組圖譜的繪制完成，“可以說(shuō)獲得了研究小麥的一個(gè)‘密碼本’?！彼涡l寧表示，它使科學(xué)家對小麥生長(cháng)發(fā)育規律的了解發(fā)生了質(zhì)的飛躍，也為未來(lái)人類(lèi)更好地利用小麥做了重要鋪墊。

“有了這本‘參考書(shū)’，從前做不出來(lái)的實(shí)驗，現在就有可能做出來(lái)了。之前研究過(guò)的，還可以繼續做得更通透?！逼駷橹?，針對這一基因組，聯(lián)盟成員和其他研究人員已發(fā)表論文100多篇。

與此同時(shí)，新的發(fā)現也已開(kāi)始起作用。例如，比利時(shí)植物遺傳學(xué)家安杰·羅德報告稱(chēng)，其研究小組確定了導致小麥發(fā)芽延遲的關(guān)鍵基因，他們希望使用技術(shù)令該基因失效，從而縮短育種周期；美國加州大學(xué)戴維斯分校的喬治·杜布佐夫斯基教授，則在最近發(fā)現了一種新的小麥高度基因……

“未來(lái)，我們還將繼續開(kāi)展序列分析工作，將小麥基因組的進(jìn)化、序列與分子育種、遺傳育種結合起來(lái)，培育高產(chǎn)、抗旱、抗鹽、抗病蟲(chóng)的小麥新品種，以更好應對全球氣候變化及人口增加帶來(lái)的食品短缺挑戰，為小麥基因組改良工作奠定基礎?！彼涡l寧表示。

                                                                                                                                                                                                   來(lái)源：中國青年報