没想到小麦的祖宗们如此多情(上)
  • 来源:科普时报
  • 作者:尹 烨
  • 2020-01-02 09:18

据推测,在50万年前,有一株遗传学上称为AA的二倍体乌拉尔图小麦跟一株二倍体的山羊草相遇。这两个在250万年前刚刚分手的物种,机缘巧合之下产生了后代。




    小麦、水稻和玉米是全世界三大主粮。土豆作为第四大主粮,也被很多国家用作战略储备。

    预计到2050年,世界人口会从70亿,增加到90亿。人越来越多,地越来越少。要满足全球“吃货们”对粮食持续增长的需求,就必须培育出高产量的农作物。所以说,女同胞们天天喊着要减肥,在一定程度上减轻了农业科学家们的压力。

    虽然中国人吃米饭比较多,但在中国北方、欧洲、印度和非洲等地,小麦是一种非常重要的食物来源。然而,近年来,因为气候变暖,灾害频发,全球小麦生产受到很大威胁,产量出现波动。所以,科学家们都在想方设法培育优良的小麦新品种,这其中就包括利用基因测序技术对小麦的基因组进行测序和分析。

    其实,测定小麦的基因组并非易事,因为它非常复杂。说到这,必须先说一说小麦的历史。

    水稻起源于中国,玉米来自安第斯山,小麦则是来自于大约250万年前的西亚。小麦有一个近缘的属,名为山羊草属。两者分开后,小麦这个属,就只有它这孤零零的一个种。

    又过了差不多150万年,也就是到100万年前,这个种子逐渐独立演化成两个互相不会杂交、彼此分开的物种,称为一粒小麦和乌拉尔图小麦。据推测,在50万年前,有一株遗传学上称为AA的二倍体乌拉尔图小麦跟一株二倍体的山羊草相遇。这两个在250万年前刚刚分手的物种,机缘巧合之下产生了后代。简单地理解,就是乌拉尔图小麦和二倍体山羊草之间杂交了,生了一个异源二倍体的“孩子”。

    如果称乌拉尔图小麦为AA,这个山羊草称为BB,那么它们生出来的异源二倍体“孩子”的基因就变成了AB。然后,因为环境温度骤变,导致它的纺锤丝没有形成,即有丝分裂、减数分裂没有成功完成,那么它们的“孩子”即这个异源二倍体AB的染色体就发生了加倍,变成了异源四倍体,它的基因型就变成所谓的AABB。

    又过了一段时间,大概是8000到1万年前的时候,这个异源四倍体的AABB又遇到它的“白马王子”——野生的粗山羊草,在遗传学的定义叫DD。然后,它们坠入“爱河”,产生了一个特别有趣的异源六倍体,基因型是AABBDD。一个具有诸多优良性状的、杂交的异源六倍体诞生了。在此之后,人类就通过不断地自然选择、人工驯化,形成了今天的普通小麦。这就是小麦的前世今生。

    早期野生小麦的主要栖息地是在亚洲大陆西海岸中纬度地区。在这个地区,形成了全球比较少见的地中海气候,冬季温和多雨,夏季炎热干燥,而且特别漫长。为了熬过一个漫漫的夏季,野生小麦逐渐变成一年生的植物,种子在冬季到来之前先萌发,以幼苗的形式越冬,然后在春季迅速拔高,开花结果。等酷夏来的时候,全株已经死亡,只把种子留在土壤中休眠,静静地蛰伏,等待下一个冬天的到来。

    正是因为每一代小麦只有不到一年的生命,所以把营养过度地用在自己身上没有益处。于是,它们就把大量的精力花在培养下一代上。结果就是,使小麦的每一个麦穗、每一个麦粒种子都变得又大又饱满,积累了充足的营养。这样的种子在亲代死后,可以在冬季顺利发芽,长大几率就更高一些。所以,人类选择这样一个富含营养的麦穗作为主粮,是情理之中的事情。(上)

    (作者系华大基因CEO,哥本哈根大学博士,基因组学研究员,大连理工大学兼职教授,第三届中国人类遗传资源管理专家组成员)


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