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摘要 : 近日，中国学者在小麦基因组测序上捷报连连，中国科学院联合华大基因等处完成了普通小麦A基因组序列草图; 中国农业科学院、华大基因等处对Ae. tauschii基因组进行测序，获得了小麦D基因组供体种----粗山羊草基因组草图的绘制，相关研究成果均于日在线发表咋Nature杂志上。
近日，中国学者在小麦基因组测序上捷报连连，中国科学院联合华大基因等处完成了普通小麦A基因组序列草图; 中国农业科学院、华大基因等处对Ae. tauschii基因组进行测序，获得了小麦D基因组供体种&&粗山羊草基因组草图的绘制，相关研究成果均于日在线发表咋上。
普通小麦 (Triticum aestivum, AABBDD) 是世界上最广泛种植的粮食作物之一。然其基因组的多倍性，使其基因和功能分析极具挑战。A基因组作为普通小麦机及其他多倍体小麦的基础基因组，在小麦进化、驯化、改良中发挥核心作用。现在，中国科学院遗传与发育生物学研究所植物等处，首次测序完成了普通小麦A基因组序列草图。相关研究于日发表在杂志上。
该项研究首次完成了小麦A基因组的测序和草图绘制，比较全面地揭示了A基因组的结构和表达特征，对未来深入和系统地研究麦类植物结构与以及进一步推动栽培小麦的遗传改良具有重要理论意义和实用价值。
该项研究由中国科学院遗传与发育生物学研究所植物细胞与染色体工程国家重点实验室小麦研究团队发起，通过与和美国加州大学戴维斯分校合作顺利完成。
小麦是全球最重要的粮食作物，养活了世界上40%的人口，提供全球20%的人类营养所需热能和蛋白质。生产上广泛种植的普通小麦是一个异源六倍体，含有A、B和D三个基因组。追本溯源，普通小麦是由祖先野生的一粒小麦(乌拉尔图小麦，含AA基因组)与拟斯卑尔托山羊草(Aegilops speltoides，含BB基因组)杂交形成四倍体小麦(Triticum turgidum，含有AABB基因组)。大约在8000年前，四倍体小麦与粗山羊草(Aegilops tauschii, 含DD基因组)再一次自然杂交，经自然和人类的选择形成如今广泛栽培的普通小麦(Triticum aestivum, 含AABBDD基因组)。由于普通小麦基因组大(17000 Gb，是水稻基因组的40倍)而复杂，85%以上序列为重复序列，致使研究困难重重，进展缓慢，成为了限制小麦基础和应用研究进一步发展的一个瓶颈。含有A基因组的乌拉尔图小麦是小麦A基因组的原始二倍体供体种，也是小麦进化的基础性基因组(世界上所有小麦包括二、四、六倍体小麦、Timopheevii和 Zhukoviskyi小麦等都含有A基因组)，在小麦进化过程中起着核心作用。
研究团队利用新一代测序技术，对二倍体乌拉尔图小麦G1812系的基因组进行了测序、组装、注释及相关分析。鉴定出了34,879个编码蛋白基因，其基因数量与已知禾本科植物基因组的基因数相似。基因组比较研究发现，在进化过程中由于大量反转座子重复序列在基因间的插入，导致了小麦A基因组的剧烈扩增。与已知禾本科作物基因组比较分析，鉴定出了3,425个A基因组特异基因和24个新，并发现含NB-ARC功能域的抗病基因在小麦A基因组明显增多。这些基因和小RNA的扩张可能是赋予小麦抵御恶劣生存环境和广适性的主要原因。通过同源基因的比对和关联分析，还鉴定出了一批控制重要农艺性状的基因，如控制籽粒长度和千粒重的TuGASR7基因。此外，该研究还筛选出大量的遗传分子标记，将有助于重要数量农艺形状基因的克隆及基因组选择，促进小麦的分子育种。
有关专家指出，小麦A基因组测序和基因组图谱绘制的完成，将为研究小麦驯化史提供一个全新的视角，并为多倍体小麦基因组的测序分析提供了二倍体基因组参照序列。注释出的基因信息和有助于加速小麦的遗传改良，对保障粮食安全和农业可持续发展具有重要作用。
大约8000以前，亚洲西部肥沃新月地带，野生粗山羊草双二倍体(2n = 14; DD)和栽培四倍体小麦 (2n = 4x = 28; AABB)自发杂交产生了六倍体小麦(T. 2n = 6x = 42; AABBDD)。这样就提高了气候适应范围、粮食品质也提高了，小麦因此成为全球主要的经济作物。
近日，中国农业科学院、华大基因等处对Ae. tauschii基因组进行测序，获得了小麦D基因组供体种&&粗山羊草基因组草图的绘制，相关研究论文于日在线发表在Nature杂志上。
由中国农科院作物科学研究所与深圳华大基因研究院等单位联合组成的科研团队，历经5年努力，在国际上率先完成了小麦D基因组供体种&&粗山羊草基因组草图的绘制，结束了小麦没有组装基因组序列的历史，也标志着我国的小麦基因组研究跨入了世界先进行列。
作为世界上分布最广、种植面积最大的作物，小麦的基础与应用基础研究具有重要地位。由于小麦基因组庞大而复杂，在进入基因组学时代之后，小麦基因组研究严重滞后，大大制约了小麦品种改良及相关研究的进展。此次小麦D基因组序列草图的成功绘制，使小麦研究进入了一个新的发展时期，对于小麦育种、小麦种质资源、小麦功能基因组、小麦进化及比较基因组研究将产生巨大的推动作用。
据项目牵头人、中国农科院作科所研究员贾继增介绍，小麦D基因组共有7条染色体，约44亿个碱基对，大约是水稻基因组的10倍。通过粗山羊草全基因组分析发现，其抗病相关基因、抗非生物应激反应的基因数量都发生显著扩张，因而增强了其抗病性、抗逆性与适应性。研究还发现，在D基因组中有小麦特有的品质相关基因，也有许多发生了显著扩增，从而使小麦的品质性状得到改良，成为唯一能够制作馒头、面包等多种食品的粮食作物。正是由于D基因组的加入，才使小麦的抗病性、适应性与品质得到大大改良，推动小麦成为世界上种植区域最广的第一大粮食作物。
大量研究发现，目前大面积种植的普通小麦的D基因组多样性非常贫乏，已成为制约小麦品种改良的瓶颈。小麦D基因组的供体种&&粗山羊草的遗传多样性非常丰富，蕴含着许多优良基因。据悉，下一步研究团队将围绕小麦基因组的精细图与单倍型图谱构建、小麦种质资源的变异组学与基因发掘等方面与全国有关单位开展协作攻关，有望使我国的小麦研究在未来5年内跃居世界领先水平。
原文摘要：
Bread wheat (Triticum aestivum, AABBDD) is one of the most widely cultivated and consumed food crops in the world. However, the complex polyploid nature of its genome makes genetic and functional analyses extremely challenging. The A&genome, as a basic genome of bread wheat and other polyploid wheats, for example, T. turgidum (AABB), T. timopheevii (AAGG) and T. zhukovskyi(AAGGAmAm), is central to wheat evolution, domestication and genetic improvement1. The progenitor species of the A&genome is the diploid wild einkorn wheat T.&urartu2, which resembles cultivated wheat more extensively than do Aegilops speltoides (the ancestor of the B genome3) andAe. tauschii (the donor of the D genome4), especially in the morphology and development of spike and seed. Here we present the generation, assembly and analysis of a whole-genome shotgun draft sequence of the T.&urartu genome. We identified protein-coding gene models, performed genome structure analyses and assessed its utility for analysing agronomically important genes and for developing molecular markers. Our T.&urartu genome assembly provides a diploid reference for analysis of polyploid wheat genomes and is a valuable resource for the genetic improvement of wheat.
About 8,000 years ago in the Fertile Crescent, a spontaneous hybridization of the wild diploid grass Aegilops tauschii (2n = 14; DD) with the cultivated tetraploid wheat Triticum turgidum (2n = 4x = 28; AABB) resulted in hexaploid wheat (T. 2n = 6x = 42; AABBDD)1, 2. Wheat has since become a primary staple crop worldwide as a result of its enhanced adaptability to a wide range of climates and improved grain quality for the production of baker&s flour2. Here we describe sequencing the Ae. tauschii genome and obtaining a roughly 90-fold depth of short reads from libraries with various insert sizes, to gain a better understanding of this genetically complex plant. The assembled scaffolds represented 83.4% of the genome, of which 65.9% comprised transposable elements. We generated comprehensive RNA-Seq data and used it to identify 43,150 protein-coding genes, of which 30,697 (71.1%) were uniquely anchored to chromosomes with an integrated high-density genetic map. Whole-genome analysis revealed gene family expansion in Ae.&tauschii of agronomically relevant gene families that were associated with disease resistance, abiotic stress tolerance and grain quality. This draft genome sequence provides insight into the environmental adaptation of bread wheat and can aid in defining the large and complicated genomes of wheat species.
作者：青岚 点击：次
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学者证实小麦驯化经历漫长过程
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亚洲西南部地区于1万年前种植了最早的小麦和大麦。但对于之后农作物驯化的过程，学术界一直存在争论。有的考古学家认为这是一个迅速普及的过程；另一些考古学家则认为其中经历了逐渐适应的过程。最近发表于《科学》杂志上的论文为后一种观点提供了有力证明，指出在获得与今天农作物类似的作物之前，早期农民可能花了上千年甚至更长的时间培育野生作物，并且这一过程可能很早就开始了。
人类主要粮食作物----谷类----是由野生植物驯化得来的。最早的粮食采集产生于19000年前的亚洲西南部地区。而农业则起源于10200年前至9500年前的土耳其东南部和叙利亚北部地区。今天，这两个地区仍生长着野生小麦。
野生谷物成熟后，完整的穗会分裂为小穗----麦类植物繁殖时分散的花朵部分，其果实自然脱落，因而无法收割。因此，在小麦驯化的过程中，一个关键因素就是如何减少果实的破碎、脱落，从而使农民可以收到粮食。具体地说，一个使小麦驯化的早期必要步骤就是选择那些不容易破碎的植株进行培育，保证不破碎的基因遗传下去，产生易于收割的驯化品种。最早的突变发生于新月沃地地区，史前野生小麦的人工培育导致了基因突变，破碎的麦穗突变为不脱落的麦穗，这种麦穗只有在人工打谷时才会分离，于是农民得以收割整个麦穗。之后自然界对那些不会自然脱落成熟果实或者种子的植物的自然选择导致了果实脱落减少，植物驯化。目前，这种关键性转变的分子基础还不确定。但可以确定的是DNA中的一种氨基酸替代物破坏了基因的某种功能，导致控制谷粒从花茎上脱落的离层无法正常生长，从而减少了果实脱落。因为只有那些不易脱落的果实才有机会被收割，并在下一年播种。于是，不破碎的等位基因获得了更多遗传机会，并最终在驯化过程中取代了破碎基因。
如果早期的农民在麦穗脱落之后才开始收割，那么不脱落的基因品种就会迅速被采用。但农民很可能是在小穗破裂之前收割以避免损失，于是不破碎的突变品种就没有什么遗传优势了。而且，当收成不好时，农民又会从野地里采集野生小麦进行播种。这两种行为降低了稀少的不破碎突变基因被选择的几率。这些发现和小麦迅速驯化的说法是相悖的。驯化是一个发生于多个地点的持续了几千年的过程，在这个过程中，野生小麦也一直存在于耕地中。
最早的不破碎驯化小麦被证实产生于9250年前。而野生小麦在这之前被人工培育了多久呢？有人估计不到200年，也有人估计至少700年。George Willcox是法国里昂国家科研中心的古植物学家，他和日本东京人文和自然研究所的植物遗传学者Ken-ichi Tanno一起研究了9844株小麦小穗，这些小穗都是在考古挖掘的过程中被发现的。这些10200年前至6500年前的小穗残留物主要来自小麦驯化的发源地----叙利亚北部和土耳其南部的4个考古地点。
在所有的样本中，由于被火毁坏或者已经经过人工打谷等原因，只有804株小穗可以判断出是驯化还是野生的。但是，这些样本却表明了一个明显的趋势：在近3000年里，年代越早的考古地点出现的驯化小麦越少，而年代越晚则出现的越多。比如，土耳其一个有着10200年历史的考古地点，仅有10%的小穗有被驯化的痕迹。相比之下，叙利亚8500年历史的el Kerkh有36%的驯化小穗，而在叙利亚7500年的Kosak Shamali，这个比例达到了64%。在对大麦驯化进行研究时，Willcox和Tanno发现大马士革附近两处9300年前至8500年前的考古地点有30%的小穗被驯化。
这些数据表明，小麦的驯化确实是逐步发生的，不破碎的品种经过1000多年的时间确立其主导位置。慢速驯化意味着在人工培育之后，野生谷类在相当长的一段时间内都没有改变。这个结论支持了之前关于农业10200年前起源于亚洲西南部地区的说法。Willcox和Tanno在《科学》杂志上指出，这个过程首先由突变引起，接下来的培育方式又更加强了这个过程。
作为小麦迅速驯化观点最早的提出者之一、英国伦敦大学学院的古植物学家Gordon Hillman对该论文“印象很深”。但英国诺丁汉大学的古植物学家Amy Bogaard提醒人们不要过早作出最终结论，她认为实验所采用的样本数量有限，不足以证明整体情况。Bogaard同时表示，现在有越来越多的证据证明，在作物完全驯化以前，农民一直种植野生作物。
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敬业奉献王辉：扎根中原大地谱写丰收之歌的小麦育种教授
来源：陕西文明网 &&
&&& 【人物事迹简介】王辉，男，1943年出生，西北农林科技大学教授。长期从事作物遗传育种科学技术研究，在小麦遗传育种理论、方法研究和小麦新品种选育研究方面取得了多项重要创新性成果，已在小麦生产中大面积应用，效果显著。参加金善宝主持的全国小麦生态研究，参编出版了《小麦生态理论与应用》科学专著，对完善小麦生态理论与应用做出重要贡献。中国小麦温光特性研究获国家自然科学三等奖。针对小麦育种目标性状的多元化要求，创制出多亲本杂交、轮回选择、集优聚合的“常规优化育种法”。该技术能有效扩大杂种后代性状的变异幅度，提高杂种后代性状变异质量，便于进行综合性状优良的突破性品种选育，对提高育种效率有显著作用。小麦新品种选育是王辉同志科学技术研究的主体工作，主持育成西农1376、西农979等12个小麦新品种，累计推广近2亿亩，累计增收小麦40亿公斤。品种选育获陕西省科学技术一等奖2项、二等奖3项。其中西农979连续六年（）被农业部推介为黄淮海地区主导小麦品种，已成为黄淮麦区主栽品种之一，至2015年累计推广9400多万亩。上述育种成果为夯实国家粮食安全基础做出了突出贡献，2012年获得陕西省科学技术最高成就奖。月陕西好人榜“敬业奉献好人”候选人。
　　跻身国家冬小麦四大品种、累计种植面积达一亿亩的“西农979”，是王辉教授谱写在中原大地上的丰收之歌。
　　从两亩试验地到亿万亩生产田，王辉教授的小麦人生，已走过四十余年，从意气风发的青年变成年逾古稀的老人。王辉教授的品格和境界，正如篇首小麦赋中描写寓意的那样：勤劳无争、奉献无悔、顺天应时、品悦沧桑。
　　新中国历史上，黄淮麦区前六次小麦品种的更新换代，西北农林科技大学的学者促成了其中的四次。这些学者中有开创小麦育种先河、培育出“碧蚂1号”品种、受到***主席亲切接见的赵洪璋院士，还有育成“小偃6号”、推广超亿亩、获得国家最高科技奖的李振声院士等。王辉教授正是赵洪璋院士的嫡传弟子。从种到收，栉风沐雨，从关中到黄淮，伴随着秋播夏收的岁月轮回，王辉教授把老一辈科学家“扎根黄土、心系民生、求实创新、无私奉献”的精神，不断传承和发扬。
　　由于经年累月的大田劳作和东奔西走，王辉皮肤黝黑，身材粗壮，虽为教授，却没有教授的书卷气，反而更接近一个地地道道的关中老农。
　　王辉1943年出生在杨凌李台乡五星西魏店，在青年成长的关键时期经历了三年自然灾害，没粮吃、饿肚皮的景象和感受深深地烙在心里，“学农业科技，不再让父老饿肚皮”，正是这个单纯美好的愿望影响并支撑了王辉的一生。
　　高中毕业填报大学志愿时，王辉毫不犹豫地在第一志愿中填上了西北农学院农学系，并如愿以偿地被录取。1968年，王辉以优异成绩毕业后去部队锻炼，后来分配到眉县农场。1973年回校，很幸运地被分配在大名鼎鼎的赵洪璋院士麾下作助手。在赵洪璋的指导下，热爱育种的王辉很快就钻了进去，成为赵老师手下的得力干将。
　　多年的科研工作，让王辉认识到育种实践性很强，不下地根本摸不着。试验地、育种目标、亲本选配、田间选择、生产调查、群众需求等各个环节，他都要求团队成员深入大田中、生产中去发现问题，研究问题，解决问题。从九月初的整地、施肥、划行、分区及布置试验，十月份的播种，冬春季的田间观察记载、抗病鉴定及大田管理，初夏的授粉杂交、选择材料，盛夏的分类收获、晾晒，七月份的室内考种、室内选择和试验总结，八月份的试验安排，再回到九月份的整地，这一整套看似简单的环节，王辉团队的每个成员都很熟悉。早出晚归是王辉工作的常态。常常早上天刚亮就出门，晚上11点多才回家。在杂交、收获和晾晒时节，由于抢时间，中午基本不回家，午饭由家人送到地里，有时出门时就自备干粮，随身带上。工作的忙碌，使王辉由最初的顾不上吃早饭养成了现在不吃早饭的习惯。
　　1991年，他的第一个小麦品种“西农84G6”诞生。这时，王辉搞小麦育种已经18年了，开始有了课题和经费，着手组建自己的团队。随后，一批能吃苦耐劳、耐得住科研寂寞、热爱小麦育种的人，在王辉的指导和影响下成长起来，组成了一个和谐的团队。每年的“五一”“十一”，王辉和这些团队成员都是在大田的忙碌中度过的。“五一”做杂交，“十一”播种。即使是寒暑假，作为高校教师，他们也没享受过。当别的老师享受暑假的时候，他们则正在实验室里考种、做实验，寒假的时候，他们又马不停蹄地奔走在关中麦区查看苗情。“选出品种，造福百姓”，扎扎实实的目标，兢兢业业的工作，朴朴实实的作风，严严谨谨的态度，伴随和支撑着王辉及其团队年复一年日复一日地躬耕在小麦育种事业上。“西农1376”、“西农979”、“西农9718”等一个个小麦品种，在王辉的团队中相继诞生。这些小麦品种，因为均具有早熟、抗病、抗倒伏、高产、优质的特点，深受广大农民的喜爱而争相种植，并频获陕西省科技进步奖。
　　王辉一辈子痴迷小麦育种，所思、所想都离不开小麦育种。随着分子生物学的深入发展，普通的小麦常规育种越来越难得到足够的经费支持，生存和发展就变得有点艰难。如何把赵洪璋教授的小麦常规育种的课题传承下去，是王辉经常思考的问题。他把这看作是自己的责任。他坚持认为，要想出良种，常规育种这条路必须一直走下去，而人才是完成这一任务的首要条件。
　　上世纪九十年代初，王辉教授组建了小麦育种团队。团队成员虽然都是自己的学生，但成为一个团队后，就变成自己的同事了。怎么样把大家凝聚到一起，让团队充满生命力，是团队负责人要思考的事。对王辉来说，他的办法就是以身作则，啥事都走在前面。“这样，下面的人才会服你。”团队成员孙道杰1993年本科实习时就跟着王辉，到现在已经20多年了。从一个大学毕业生成长为一名副教授，指导多名研究生。虽然有国家自然基金项目、863和973协作项目，却还一直是王辉团队的一员。王辉对团队成员的培养很看重，大都被送出去做访问学者或到科研层次更高的国内科研院所去合作研究。现在，王辉教授的小麦育种团队深受业内好评，成果频出，被西北农林科技大学评为优秀科研团队。
　　小麦是我国第二大粮食作物，是北方第一大粮食作物，而黄淮麦区是我国最大的小麦主产区，选育出适宜这一地区的单产水平高、品质好的小麦品种，就能为国家的粮食安全提供保障。王辉的小麦育种团队育出的“西农979”，于1987年开始组合配置，1997年完成组合配置，2005年经过一路过关斩将最终通过国审。从选育到审定，从品种到良种，从科研到生产，这对一个科研工作者来说，是一条很漫长的路。
　　育出一个好品种本来就很难，更难的是如何把一个好品种转化为现实生产力。当1991年第一个品种“84G6”诞生后，王辉背起了自己的种子，挤汽车赶火车，西走宝鸡，东到渭南，找当地的种子站、种子公司介绍过自己的麦种。但效果都不理想。2005年以来，西北农林科技大学探索的农业科技推广新模式，让王辉的团队看到了希望。在学校的支持下，“育种专家+种业集团”的良种推广模式开始实施。2006年，“西农979”落户素有“中原粮仓”之美誉的河南驻马店，迅速进入生产领域。
　　2007年，杨凌新西北种业公司在陕西兴平来祁寨村帮助村民示范种植的近千亩“西农979”被陕西西瑞面粉集团全部收购，拉开了陕西首个优质小麦品种产业化的大幕，售价高于市场普通小麦5％的价格，让农民得到了实惠。一位梁姓村民数着卖麦子得到的2037元，高兴得合不拢嘴，他说：“种了大半辈子小麦，今天着实卖了个好价钱……”
　　王辉的良种推广事业逐渐铺开了版图：优质、高产、早熟、多抗、广适的小麦品种，走出关中，走出陕西，挺进中原，覆盖黄淮，在小麦主产区发挥应有的作用。此后，陕西其他小麦品种也纷纷仿效这一模式，走出了关中，走入了黄淮。西农979的突出贡献，一是促成了陕西关中400万亩优质麦带建设，二是把以驻马店为代表的黄淮南片广大麦区由中产田变为优质高产小麦生产基地，推进了小麦产业链建设。
　　据不完全统计，王辉教授育成的十多个品种累计推广面积估计近两亿亩，其中“西农979”已达9000多万亩。累计增收小麦40亿公斤，为保障国家粮食安全做出了突出贡献。
　　在黄淮麦区，王辉和他的小麦育种团队依然活跃着。他们的小麦人生也还在继续，育种事业还在延续！
　　躬耕黄土，日月交辉洒甘露；麦浪泛舟，濯缨采莲渡苍生。
责任编辑：何琦
主办：陕西省精神文明建设指导委员会办公室
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