隨著科技的進步，在未來，是否會有高大而又高產的小麥？
一種從未被報道過的小麥增產基因被發現，在田間測產中，攜帶該基因的小麥相比對照組，產量提升了11.9%。
近日，《科學》雜志在線發表了這一發現，同期發表的還有荷蘭瓦赫寧根大學分子生物學實驗室G·威爾瑪·范·埃斯博士對該發現的展望文章，文章指出，該基因的發現，“是提高谷物產量的里程碑”，“提供了一條最大化小麥產量的新途徑”。
4月18日，論文通訊作者、美國俄克拉荷馬州立大學小麥分子遺傳實驗室教授嚴六零告訴新京報記者，這一基因的發現，為小麥乃至水稻、大麥等育種提供了新的選擇，在未來，小麥或許也可以有“禾下乘涼”的一天。
常規小麥高產基因TaCol-B5純合型植株(右）和雜合型植株（左）比不帶這一高產基因的植株(中），更加高大，而且高產。
受訪者供圖
新基因功能發現，影響多個高產性狀
小麥中有數萬乃至十多萬個基因，全基因測序的實現，使得人們知道了這些基因。但它們各自發揮著怎樣的作用，仍需要逐一鑒定，這顯然不是一代人或幾代人能完成的任務。
此次新發現的增產基因，源于2014年開始的一項提高小麥產量的研究項目。嚴六零介紹，最初，他們選擇了兩種小麥材料CItr 17600和揚麥18，作為親本進行雜交，目的是改良小麥的穗型，想要增加小穗數，以此提高小麥的產量。一個麥穗有多個小穗，一個小穗可結一兩個至多個種子。
“產量包括三個重要因素，包括穗數、每穗種子數和種子重量等，”該論文共同第一作者南京農業大學教授賈海燕說，“現實中，這些因素在一定幅度范圍內呈負相關的關系。在育種時，通過遺傳因素改良穗型和株型，進而提高作物產量，是一條有效途徑，但實現該目標非常具有挑戰性。”
在最初的實驗中，嚴六零和團隊的科學家們，將雜交獲得的材料進行了遺傳學定位，定位到了一個特別的基因——TaCol-B5。“對這個基因進行克隆和鑒定后，我們發現，它不僅提高小穗數，還增加穗數、粒數等，一個基因有多個效應。”嚴六零說。
該基因是首次被科學界報道，嚴六零說，在此之前，人們不知道這個基因有什么功能。
隱藏的基因，存在于古老小麥中
如此重要的基因，為何此前沒有被發現？
為了探尋這一原因，在鑒定之后，科學家團隊開始在其他小麥品種中，尋找產量基因。
論文共同第一作者，原就讀于俄克拉荷馬州立大學的博士生，中國農業科學院麻類研究所副研究員張小雨介紹，在此后，他們對1857個栽培種進行了測試，其中包括1551份中國國家作物種質庫保存的小麥材料，結果發現，只有不到2%的栽培種中擁有這一基因。“比如157份中國農家種，均不含有該基因，346份中國現代育成品種中，僅有4份含有該基因。歐洲的小麥品種中，含有該基因的同樣極少。”
為什么含有這一基因的小麥這么少，漫長的小麥栽培史中，到底發生了怎樣的變化？科研團隊開始追溯小麥的祖先，試圖找到這一基因被大部分栽培種“遺失”的原因。
“當前栽培的普通小麥，大多是六倍體，也就是有三組染色體，”論文共同第一作者，中國農科院作物所李甜副研究員說，“小麥的祖先是二倍體，和人一樣，只有一組染色體。在人類栽培馴化的過程中，小麥先是變成了四倍體，后來又變成了六倍體。我們尋找的時候，在四倍體的小麥中，發現了這一基因。”
這說明在以前的小麥中，是含有這個基因的，只是栽培育種的過程中，許多小麥“遺失”了它。
“遺失”的歷史，或許并不遠
是什么原因造成了這一基因的“遺失”，科學家們猜測，可能和過去雜交育種時，在選擇表型中的愛好有關。
這或許要追溯到上世紀五六十年代的“綠色革命”。
“綠色革命”是發生在小麥、水稻等主要糧食作物育種中的一次歷史性進步，其中，作物矮稈化是“綠色革命”最典型的特征之一。“矮稈可以增強作物抗倒伏的能力，也就相當于增加了產量，所以育種家們，一度在多種作物育種中追求矮稈。”嚴六零說。
TaCol-B5的“遺失”為何被猜測和“綠色革命”有關？這主要源于它的另一個特征，賈海燕介紹，“我們在實驗中發現，含有這一基因的植株，在高產的同時，也會增加株高。這讓我們不得不猜測，是不是在矮稈化的過程中，這一基因沒有被選擇利用。”
小麥的未來，也能“禾下乘涼”嗎？
小麥是人類最重要的主糧之一，全球每年的小麥產量，接近7.8億噸，占全部糧食產量的20%以上。在中國，小麥也是兩大口糧之一，小麥的增產，對全球糧食供給意義重大，也是育種家們長期以來孜孜不倦的追求目標。
新基因的發現，是否會給小麥帶來大幅增產的契機？嚴六零說，這一基因的發現，給育種者提供了一種選擇，一個新的機制，讓更多的育種者可以利用這個基因，培育更高產的品種。同時，G·威爾瑪·范·埃斯博士評論說，這一基因不僅可以運用在小麥育種中，在水稻、大麥、黑麥等禾本科的作物中，可能同樣適用。
TaCol-B5會增加小麥的株高，是否會成為這一基因廣泛應用的障礙？對此，嚴六零表示，實驗中尚未發現易倒伏的情況。
“追求矮稈的綠色革命，在育種歷史上，確實發揮了非常重要的作用，”賈海燕說，“但也要看到，科技的發展非常快，在今天，我們有了更多的技術和手段提升作物抗倒伏的能力，比如可以通過基因技術，選擇那些可以讓麥稈增粗、增加韌性的基因，提升它抗倒伏的能力。”
在未來，是否會有高稈又高產的小麥？嚴六零說，“多年以后，是否一定要追求矮稈？矮稈對未來小麥進一步提升產量，是否也有影響？這些都需要思考。袁隆平有‘禾下乘涼夢’，他夢想中，高大而又高產的水稻，可以讓人坐在下面乘涼，小麥或許也可以如此。”
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