Nature：现代面包小麦的基因

面包小麦D基因组的复杂历史证明了野生近缘在作物改良中的潜力。

　　

由KAUST领导的一个国际研究小组开发了一种野生牧草物种陶氏山羊草(Aegilops tauschii)的基因组资源。这一新的认识将加速基因发现研究，并为小麦进化遗传学的故事提供新的线索。

现代面包小麦(Triticum aestivum)是由三种野草杂交而来。其中之一 (Ae. tauschii) 被认为是面包小麦D基因组的供体。今天，野生小麦近缘种代表了一个潜在有益基因的基因库，可以用来改善现代小麦品种。

KAUST的研究人员Brande Wulff和Simon Krattinger在许多项目上进行了合作，从小麦和野生植物近缘种克隆基因，并确定了各种化合物在小麦抗病中的作用。现在，Emile Cavalet-Giorsa和Andrea Gonzalez-Munoz这两个研究小组的博士研究人员与博士后Naveenkumar Athiyannan一起领导了一个国际研究项目，为Ae. tauschii建立了一套全面的基因组资源。

实验室领导了为该物种生成泛基因组的工作，作为发现抗性基因的基因组资源。

从最初的900个收集样本中，研究人员收集了493个不同的基因。然后，他们联系了开放野生小麦联盟(OWWC)，以选择其他研究人员感兴趣的性状。这对需要大量资源投入的项目至关重要。OWWC是一项重要的国际合作，旨在通过探索野生作物近缘种有用的遗传多样性来改善小麦。该联盟汇集了来自15个国家的研究小组和研究人员。

Athiyannan解释说:“我们选择的许多材料都具有抗病基因或感兴趣的农艺性状，例如耐受性。OWWC的其他研究人员正在使用这些品系，因此他们受益于高质量的基因组组装。”

经过输入和筛选，以确保物种的遗传多样性得到体现，研究小组编制了46个高质量的伊蚊基因组序列。

基因的发现

这些基因组合的价值在于它们有发现基因的潜力。Gonzalez-Munoz和Athiyannan接下来筛选了这些组合以鉴定抗锈病基因。

一种抗茎锈病的基因从一种白僵菌中转移到面包小麦中，这一过程被称为基因渗入。将黄家菜种质定位到茎锈病抗性位点Sr33上。

Athiyannan说:“在茎锈病基因(Sr66)的例子中，到目前为止，我们还缺乏一个在同一接入中同时含有Sr33和Sr66的组装。”

他解释说:“早期的工作让我们质疑它们是两个独立的基因还是同一基因的等位基因。现在，由于发现了包含位于不同位置的两个基因的这个附加，我们可以确认它们是不同的基因。”

在另一项重大发现中，研究人员还发现了一种抗叶锈病基因，该基因编码最近出现的具有独特整合结构域的抗性类小麦串联激酶蛋白。

研究人员现在正在利用这些资源发现一种与压力耐受性相关的基因

小麦D基因组的起源和进化

与此同时，Cavalet-Giorsa专注于分析小麦基因组。他说:“小麦有很多基因渗入，也就是说，从野生近缘种自然产生的杂交。”

“了解来自不同野生近缘种的贡献对于解释小麦的多样性和适应性，甚至是它的进化史都很重要。”

这些基因渗入是在巨大的遗传瓶颈之后恢复遗传多样性的主要驱动力。如果没有这些早期的遗传渗入，面包小麦不可能成为如此广泛种植的作物。

Cavalet-Giorsa指出:“我们已经开发出工具，使我们能够首次详细追踪特定渗入(L3)的动态。

这项工作为小麦基因组学和育种提出了新的问题，特别是对适应性的关注。