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国际团队对硬粒小麦基因组进行解码

根据今天发表在Nature Genetics上的一篇文章,一个国际财团对硬质小麦的整个基因组进行了测序 - 硬粒小麦是面食粗面粉的来源,是世界人口的主食。

该团队还发现了如何显着降低硬粒小麦中的镉含量,通过选择性育种确保谷物的安全性和营养价值。

“这项开创性的工作将为硬粒小麦育种和硬粒小麦衍生产品的安全性制定新标准,为更适应气候挑战的硬粒小麦品种的生产铺平道路,提高产量,提高营养质量,改善可持续性,”意大利农业研究与经济委员会(CREA)的Luigi Cattivelli说。

硬粒小麦基因组的数量是人类基因组的四倍。该团队首次组装了高品质Svevo品种的完整基因组。

萨斯喀彻温大学(USask)的小麦育种家Curtis Pozniak说:“我们现在可以检查基因,它们的顺序和结构,以便组装一个蓝图,提供了解基因如何相互作用和交流的机会。”“有了这个蓝图,我们现在可以快速找到能够确定我们在育种计划中选择的性状的基因,如产量,抗病性和营养特性。”

该研究涉及来自七个国家的60多位科学家。这项工作由Cattivelli协调,其中包括USask的Pozniak和德国慕尼黑Helmholtz Zentrum的Klaus Mayer,以及意大利国家研究委员会CNR的研究员Aldo Ceriotti和Luciano Milanesi以及大学的Roberto Tuberosa。博洛尼亚(意大利)。

“我们现在可以看到对硬粒小麦的进化和繁殖至关重要的独特DNA特征,使我们能够了解哪种基因组合正在驱动特定的特征并维持基因组的这些目标区域,以便将来进行育种改良, “手稿的第一作者Marco Maccaferri说。

硬粒小麦主要用作面食和蒸粗麦粉生产的原料,由野生二粒小麦进化而来,在地中海地区大约1,500至2,000年前成为主要作物。

该团队将硬粒小麦序列与其野生亲缘进行了比较,并能够揭示人类几个世纪以来一直在选择的基因。科学家发现硬粒小麦与野生小麦相比基因组多样性丧失,他们已经能够绘制这些损失区域并精确恢复在几个世纪的繁殖过程中丢失的有益基因。

“与人类不同,硬粒小麦是一种所谓的多倍体,含有两个基因组。这些基因组如何相互作用并协调它们的活动是一个根本问题,也可能对食品质量和产量产生影响,”Mayer说。

在令人振奋的遗传发现中,波兹尼亚克的USask团队与​​阿尔伯塔大学的科学家格雷戈里泰勒和尼尔哈里斯一起,确定了硬粒小麦中的基因,该基因负责镉的积累,镉是一种在许多土壤中发现的有毒重金属。

“现在我们已经确定了这个基因,我们可以有效地选择不会在谷物中积累大量镉的品种 - 远低于世界卫生组织的标准,这将确保我们的硬粒小麦产品更加营养安全,”波兹尼亚克说。

硬粒小麦主要在加拿大,欧洲,美国和南亚种植,并且仍然是北非和东非以及中东的小型农场的主要作物。

由于意大利面是世界人口的主食,因此工业界正在寻求更多,更安全,更高质量的硬质小麦。

“拥有这种硬粒小麦高质量的基因组序列使我们能够更好地了解谷蛋白的遗传学和控制粗面粉营养特性的因素。这将有助于改善面食质量特性,”Ceriotti说。

“选择具有更高产量潜力以及提高质量和营养特性的新型硬粒小麦品种对我们未来的健康至关重要,特别是面对气候变化。硬粒小麦基因组序列的可用性是实现这些目标,并在野生祖先和面包小麦的生物多样性之间提供战略桥梁,“Tuberosa说。

资金来自:CREA;意大利教育大学和研究项目InterOmics和PON-ISCOCEM;加拿大自然科学与工程研究委员会;加拿大基因组和Genome Prairie;萨斯喀彻温省农业部和加拿大政府通过农业发展基金;西部谷物研究基金会;萨斯喀彻温省小麦委员会;艾伯塔省小麦委员会;马尼托巴小麦和大麦种植者协会;Fondazione AGER;博洛尼亚大学;二元科学基金会;以色列科学基金会美国农业部;德国联邦食品和农业部;和德国教育和研究部。

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